코로나19 바이러스가 인체 세포 안에 침투하면 곧 자신의 유전체를 복제하기 시작한다.

먼저 RNA를 긴 단백질 가닥으로 번역한 다음 이 가닥을 작은 조각으로 자르면 자신과 똑같은 바이러스들이 탄생한다.

이 작업을 통해 신종 바이러스(SARS-CoV-2)가 자신의 세력을 확장하게 되는데 이 바이러스 복제 과정에서 핵심적인 역할을 하는 것이 프로테아제(protease)다. 단백질 분해 효소를 말하는데 이 효소 기능을 억제하면 바이러스 증식을 억제할 수 있다.

껌처럼 효소에 달라붙어 바이러스 번식 억제

때문에 많은 과학자가 이 프로테아제의 활동을 억제하기 위한 방법을 찾고 있었다.

이 효소가 활동하지 못하게 되면 세포 내 바이러스 복제가 중단되고 코로나19에 대한 신속한 치료가 가능해지기 때문.

최근 이 노력이 열매를 거두고 있다. 4일 미국의 과학논문 사이트 ‘유레칼러트(eurekalert)’는 독일 본 대학의 제약 연구팀이 프로테아제 활동을 강력히 억제할 수 있는 두 종류의 물질을 개발했다고 보도했다.

두 종류의 프로테아제 억제제는 아자니트릴(azanitriles)과 피리딜 에스테르(pyridyl esters)다. 연구팀을 이끄는 미카엘 귀쵸우( Michael Gütschow) 교수는 “이 후보물질들이 껌처럼 프로테아제에 달라붙어 바이러스 복제 활동을 막아주고 있다.”고 설명했다.

귀쵸우 교수는 또 “이들 물질이 바이러스가 인간 체세포에 들어가는 것을 돕는 인간 효소를 억제하는 기능을 지니고 있어 약물로 개발될 경우 바이러스 감염을 차단할 수 있는 강력한 억제제가 될 수 있을 것”으로 기대했다.

논문은 응용화학 분야 학술지 ‘안게반테 케미(Angewandte Chemie)’ 지 3일자에 게재됐다. 제목은 ‘Targeting the Main Protease of SARS‐CoV‐2: From the Establishment of High Throughput Screening to the Design of Tailored Inhibitors’이다.

연구팀은 논문을 통해 약물 후보물질인 두 종류의 약물 후보물질인 ‘아자니트릴’과 ‘피리딜 에스테르’가 코로나19 복제를 주도하는 메인 프로테아제(Main Protease, Mpro)에 효과적으로 달라붙어 번식 활동을 강력히 억제할 수 있다고 말했다.

또 바이러스 세포 진입 시 도움을 주면서 감염력을 높이는 ‘카테신 L(cathepsin L)’에 대해 동시 억제 효과를 보이는 것으로 나타냈다고 밝혔다.

귀쵸우 교수는 이들 약물 후보물질과 관련 향후 임상시험을 통해 인체 내에서 코로나19 바이러스 복제를 억제할 수 있는지 확인한 후 약물 개발이 가능하다고 보고 있으며, 결광에 따라 강력한 억제제가 될 수 있다고 설명했다.

본격적인 코로나19 치료제 개발 가능

그동안 본 대학의 제약 연구팀은 프로테아제의 구조와 메커니즘을 기반으로 효소 기능을 억제할 수 있는 물질을 설계해왔다.

연구팀이 목표로 삼은 것은 프로테아제에 단단하게 결합해 활동을 억제할 수 있는 물질이다. 귀쵸우 교수는 “활성 부위를 강력히 차단할 수 있는 물질을 설계한 후 합성 및 생화학적인 과정을 통해 특성화할 수 있었다."고 말했다.

그런 다음 연구팀은 실험 단계에 돌입했다. 이를 위해 새로 개발한 고 처리량 스크리닝 시스템을 통해 새로 결합된 물질들이 타깃으로 삼은 프로테아제에 어떻게 작용하는지 세부적인 움직임들을 관찰했다.

프로테아제가 단백질을 절단할 때 새로운 생성물의 형광을 측정할 수 있었는데 억제 후보물질을 투어하자 프로테아제의 활성을 성공적으로 차단하면서 형광이 나타나지 않았다고 설명했다.

귀쵸우 교수는 “최종적으로 진행된 포괄적인 테스트에서 형광이 억제되고 있음을 확인할 수 있었다.”며, “이것이 바이러스 프로테아제의 억제제를 찾기 위해 우리가 기대했던 히트작이었다."고 기뻐했다.

그동안 과학자들은 백신과 함께 코로나19 치료제 개발에 큰 노력을 기울여왔다.

그러나 현재 사용하고 있는 렘데시비르, 덱사메타손, 토실리주맙 등은 다른 질병에 사용하던 치료제들이다. 펜데믹을 완전히 종식할 수 있는 치료제 개발이 필요한데 아직까지 코로나19 완제품은 나오지 않고 있었다.

이런 상황에서 과학자들이 자체적인 치료제 개발에 나서면서 코로나19 감염을 차단할 수 있는 후보물질들이 개발되고 있다.

다양한 물질들이 개발되고 있는데 그중 가장 유망한 것이 바이러스 복제 과정에서 핵심적인 역할을 하는 효소 프로테아제의 기능을 차단하는 방식이다. 이번 본 대학의 연구 결과는 코로나19 바이러스에 적합한 새로운 치료제 개발 가능성을 말해주고 있다.

귀쵸우 교수는 “프로테아제 억제제가 코로나19 약물 연구에 있어 매우 유망한 출발점”이라며, “현재 사용하고 있는 렘데시비르 등과 작용 기전이 매우 달라 기존 약품과 협력해 강력한 시너지 효과를 기대할 수 있다.”고 말했다.