동물실험 통해 에이즈 ‘완치’

과학기술

동물실험 통해 에이즈 ‘완치’
T세포 주입 후 유전자가위로 DNA 제거

2019.07.03 11:26 이강봉 객원기자

1980년대 초 미국에서는 이전에 볼 수 없던 특이한 환자들이 나타나기 시작했다.

5명의 남자였는데 동성애자들이었고 원인불명의 폐렴을 앓고 있었다. 미국 의료계가 당황하고 있는 상황에서 원인을 밝혀낸 곳은 프랑스였다.

프랑스 파스퇴르 연구소는 환자 세포에서 바이러스를 가지고 있을 것으로 추정되는 물질을 찾아냈다. 1983년에는 에이즈(AIDS)로 명명된 질병이 바이러스에 의해 발생된다는 가설을 발표했다. 이듬해에는 발병 원인인 인체면역결핍바이러스(HIV-1)를 분리해내는데 성공했다.

과학자들이 유전자가위 기술과 새로운 치료법을 병행해 에이즈에 걸린 쥐를 완치하는데 성공했다. 사진은 면역을 담당하는 대식세포 속에 분산돼 퍼져 있는 HIV-1. ⓒWikipedia

과학자들이 유전자가위 기술과 새로운 치료법을 병행해 에이즈에 걸린 쥐를 완치하는데 성공했다. 추가 연구를 통해 에이즈 완치의 길이 열릴 것으로 기대되고 있다. 사진은 면역을 담당하는 대식세포 속에 분산돼 퍼져 있는 HIV-1. ⓒWikipedia

유전자가위와 ART 치료법 병행

그러나 연구가 진행되는 사이 환자가 급속하게 늘어났다.

1985년 미국에서 에이즈 진단을 받은 환자가 1만 명을 넘어섰다. 세계적으로 2007년까지 2000만 명이 넘는 환자들이 발생했다.

이런 상황에서 과학자들은 HIV-1을 퇴치할 수 있는 백신 개발에 총력을 경주해왔다. 그리고 낭보가 이어지고 있다. 다양한 방식의 연구를 통해 에이즈에 대항할 강력한 백신들이 속속 개발되고 있는 중이다.

최근 들어서는 에이즈를 일으키는 HIV-1 유전자 연구를 통해 에이즈 발병 가능성을 근본적으로 제거하려는 연구가 진행돼왔다. 그리고 완벽한 성공을 거두었다는 소식이다.

3일 미국의 과학 전문 온라인 매체 ‘IFL사이언스’는 미국 템플 대학 연구팀이 동물(쥐) 실험을 통해 세포 내에서 에이즈를 유발해온 바이러스를 분석해왔으며, 최근 실험을 통해 에이즈의 원인이 되는 DNA를 완전히 제거한 후 완치에 도달했다고 보도했다.

연구를 이끈 템플 대학 카멜 칼릴리(Kamel Khalili) 교수는 이번 연구에 유전자가위로 불리는 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 기술과 효능이 뛰어난 것으로 입증된 치료법 ‘LASER ART’가 병행됐다고 말했다.

그는 또 “이 방식을 사람에게 적용할 경우 세포 내에서 HIV-1 증식을 근본적으로 차단하는 유전자편집을 통한 치료가 가능하다.”고 말했다.

현재 세계적으로 에이즈를 일으키는 인간면역결핍바이러스(HIV-1) 감염 환자 수는 3690만 명을 넘어선 것으로 집계되고 있다. 또한 매일 약 5000명의 새로운 에이즈 환자가 발생하고 있는 것으로 나타나고 있다.

템플 대학 연구팀은 그동안 연구 결과를 담은 논문을 발표하면서 사상 최초로 영구적인 치료 효과를 확인했다며, 새로운 의약품 개발 가능성을 시사했다.

관련 논문은 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2일 자에 게재됐다. 논문 제목은 ‘Sequential LASER ART and CRISPR Treatments Eliminate HIV-1 in a Subset of Infected Humanized Mice’이다.

후속 연구 통해 에이즈 완치 가능해

아직까지 HIV에 감염된 환자를 위한 치료제와 백신 모두 완벽하지 않은 상황이다.

바이러스가 변이가 심한 데다 갑옷 같은 껍질과 가면으로 뒤덮여 있어 면역체계를 발견하기가 쉽지 않은 상황. 이런 상황에서 다양한 치료법들이 등장했지만 완벽한 성공은 거두지 못하고 있는 중이다.

연구팀은 ‘항 레트로 바이러스 치료(antiretroviral therapy, ART)’를 예로 들었다. 바이러스 증식에 억제제가 되고 있지만 완치는 불가능하다는 것.

이에 따라 바이러스가 인체 내에 잠복해 있다가 치료를 중단하면 HIV-1이 다시 활동을 시작해 사람의 면역세포를 파괴하고, 다시 치료를 시작하면 잠복해버리는 숨바꼭질과 같은 현상이 지속된다고 말했다.

결과적으로 이런 상황은 에이즈를 만성화해 인체 내부 곳곳으로 퍼져나가게 할 가능성을 안고 있다고 설명했다.

과학자들은 이런 문제를 해결하기 위해 동물 실험을 통해 유전자가위로 불리는 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 기술을 적용했다고 말했다. 그리고 바이러스 안의 HIV DNA를 완벽하게 제거했지만 세포 조직 안에 산재해 있는 HIV를 완벽히 축출할 수 없었다고 말했다.

이런 상황에서 과학자들이 새로 시도한 것이 ‘long-acting slow-effective release (LASER) ART’라 불리는 새로운 치료법이다. 이 치료법은 HIV 속성을 지닌 바이러스 영역을 타깃으로 장기간에 걸쳐 바이러스가 자기 복제하는 것을 막는 방식이다.

ART를 업그레이드한 이 치료법은 한번 투약 시 수 주일 동안 약효가 지속되는 의약품 개발로 이어졌으며, 유전자가위 치료보다 더 뛰어난 효능을 지니고 있다는 평가를 받았다.

그러나 여기에도 문제가 있었다. 뛰어난 치료법이지만 쥐 실험에서만 그 효능이 입증됐다.

이런 문제를 해결하기 위해 템플대 연구팀은 동물실험 중인 쥐에 에이즈에 면역력을 지닌 인간의 T세포를 주입했다. 그리고 이 쥐를 대상으로 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 기술로 HIV DNA를 제거한 후 효능이 뛰어난 것으로 입증된 치료법 ‘LASER ART’를 시술했다.

그 결과 시술을 진행한 쥐 가운데 3분의 1이 에이즈로부터 완전히 벗어날 수 있었다.

7마리 중 2마리는 첫 번째 실험에서, 6마리 중 3마리는 두 번째 실험에서, 10마리 중 6마리는 세 번째 실험에서 에이즈로부터 완치된 사실을 확인할 수 있었다.

연구팀은 치료가 안 된 쥐들의 경우 왜 치료가 안 되는지 확인할 수 없었다고 말했다. 그러나 동물 실험을 통해 에이즈가 완치된 것은 처음 있는 일이라며, 이번 연구 결과를 토대로 사람에 대한 치료법 개발이 가능할 것으로 내다봤다.

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