우리 몸의 면역계가 어떻게 항원을 인식하고 그에 결합하는지를 알아내는데 도움을 주는 ‘로제타 스톤’같은 역할을 하는 알고리듬이 개발됐다.
미국 성 유다 어린이병원과 프레드 허친슨 암센터 연구원들이 과학저널 ‘네이처’(Nature) 최근 호 온라인판에 발표한 이 연구는 개인 맞춤형 암 면역요법 개발과 감염병의 진단 및 치료를 한층 촉진할 것으로 기대되고 있다.
우리 면역체계는 T세포 표면에 있는 T세포 수용체 분자가 바이러스에 감염된 세포나 종양 및 기타 위협으로부터 나오는 외래 항원을 인식하고 그에 반응함으로써 작동된다.
유전체를 재배열하면 많은 수의 상이한 T세포 수용체를 늘릴 수 있는 것으로 알려진다. 모든 개인은 일란성 쌍둥이에서도 거의 겹치지 않는 약 1억개의 서로 다른 수용체가 들어있는 T세포 목록을 가지고 있다. 이 목록에 들어있는 각 수용체들이 서로 다른 항원을 인식하고 그 위협에 대응하기 위해 면역반응을 일으키는 것.
논문 공동 교신저자인 성 유다 면역학부의 폴 토머스(Paul Thomas) 박사는 “이 수용체들이 워낙 다양해 지금까지 동일한 항원을 인식하고 이에 반응하는 T세포 수용체를 분류해 보려는 노력이 번번이 좌절됐다”고 말했다. 토머스 박사와 프레드 허친슨 암센터 및 워싱턴대에 적을 두고 있는 필립 브래들리(Philip Bradley) 박사는 이번 연구의 공동 교신저자로 등재돼 있다.
연구를 수행한 폴 토머스 박사(왼쪽)와 논문 제1저자인 프레이디욧 대쉬 박사. Credit: St. Jude Children’s Research Hospital / Peter Barta
T세포 수용체 잘 분류 안돼 질병 대처에 어려움
토머스 박사는 “T세포 수용체가 제대로 분류되지 않음으로써 면역 인식에 대한 이해뿐 아니라 면역력을 이용해 새로운 바이러스나 암 유발 돌연변이를 효과적으로 제거하는데 어려움이 있었다”고 설명했다. 그는 “이번에 개발한 알고리듬으로 같은 항원을 인식하는 T세포 수용체의 주요 특징을 식별하고 이들이 상호작용하는 방식을 파악할 수 있는 시스템을 갖추게 됐다”며, “이는 면역 수용체가 암이나 새로운 바이러스를 인식하도록 설계하는 기초가 된다”고 밝혔다.
이 알고리듬은 T세포 수용체가 에피토프(epitope)라고 불리는 항원 결정기(決定基) 부분을 어떻게 인식하는지를 규명하기 위해 개발한 도구로 만들었다. 에피토프는 우리 몸을 순환하는 면역세포 표면에 표시되며, 이 에피토프를 통해 T세포가 항원과 결합해 면역반응을 일으키게 된다. 다중 에피토프는 같은 바이러스와 종양 및 기타 위협으로부터 생성된다. 각각의 에피토프는 T세포 풀(pool)에 의해 표적화되며, 이 풀에는 항원을 인식해 반응하는 각각 다르고 특이적인 T세포 수용체가 모여있다.
이 도구에는 TCRdist가 포함돼 있어 항원을 인식하는 중요 부위의 아미노산 배열과 같이, 연구원들이 T세포 수용체의 주요 특징 가운데 유사한 점과 다른 점을 계산하는데 활용했다. TCRdist는 같은 에피토프를 인식하는 T세포 수용체를 식별해 낼 수 있다.
독감 에피토프 최대 90% 정확도로 예측
논문 제1저자로 토머스 랩 연구원인 프레이디욧 대쉬(Pradyot Dash) 박사는 “이 분석 도구는 이전보다 더 일관된 방식으로 특정 항원에 대응하는 T세포 목록을 이해하는데 도움이 됐다”며, “주어진 에피토프에 상응하는 T세포 수용체를 그룹화하면 목록의 대부분을 특징에 따라 분류할 수 있는 공통적인 특성이 드러난다”고 말했다.
고문서 학자들이 고대 이집트 상형문자를 해독하는데 사용한 로제타 스톤처럼 연구원들은 4600개 이상의 T세포 수용체를 가진 알고리듬을 학습해 10개의 서로 다른 바이러스 에피토프 중 하나에 인체 T세포의 81%와 쥐 T세포의 78%를 올바르게 할당해 냈다. 이 ‘훈련 자료’는 인플루엔자 또는 사이토 메갈로 바이러스(CMV)에 감염된 78마리의 쥐와, CMV 또는 엡스타인-바 바이러스에 감염된 환자 32명으로부터 생성됐다. 각 T세포의 에피토프는 이전에 이 방법과 달리 매우 노동집약적인 방법으로 만들었었다.
연구팀은 에피토프-수용체 인식에 대한 지식 없이 독감에 감염된 쥐 세 마리에 대해 이 알고리듬을 시험했다. 그 결과 세포가 인식하는 독감 에피토프를 최대 90%의 정확도로 예측해 냈다.
일반적인 항원-항체 반응. 항원이 나타나면 T 세포가 자극돼 ‘세포 독성’ CD8+ 세포 또는 ‘조력자’(helper) CD4+ 세포가 생성된다. Credit: Wikimedia Commons
T세포 수용체 85% 새로 확인
토머스 박사는 “실제로 분류된 T세포 수용체의 85%는 이전에 확인되지 않은 것”이라며, “이는 이번에 개발한 방법이 새로운 항원 특이성 T세포를 분류하는데 강력한 힘을 발휘한다는 것을 증명해 준다”고 강조했다.
연구팀은 또 에피토프들이 핵심적인 유사성을 공유한 T세포 수용체 무리와 함께 유사성이 덜한 ‘국외자(outliers)’ 수용체도 포함하고 있다는 것을 발견했다. 토머스 박사는 T세포 수용체의 10% 정도가, 면역계로 하여금 바이러스에 감염된 세포나 다른 위협요소의 탐지가 지연될 수 있는 돌연변이를 인식하고 신속하게 반응할 수 있도록 도와주는 국외자 수용체라고 추정했다.
이 프로젝트는 2012년 논문 공저자인 프레드 허친슨의 토머 허츠(Tomer Hertz) 박사가 토머스 박사의 연구실을 방문하면서 시작돼 5년여 간 연구가 이어졌다.
(4888)
로그인후 이용 가능합니다.
/ 과학기술정보통신부는 23일 올해 공공 분야의 소프트웨어·정보통신기술(ICT) 장비·정보보호 사업 규모가 작년보다 2.7% 증가한 6조2천239억원으로 집계됐다고 밝혔다. 소프트웨어 구축 사업 예산이 4조5천406억원으로 가장 많았고 상용 소프트웨어 구매에 3천605억원이 소요되는 것으로 조사됐다. 컴퓨팅, 네트워크, 방송 장비 등 ICT 장비 구매 비용은 1조 3천227억원으로 나타났다. (42)
/ 36개국이 한국에 모여 기후변화 대응을 위한 기술 협력방안 도출에 머리를 맞댄다. 과학기술정보통신부는 유엔기후변화협약 기술메커니즘 이사회가 24일 개막했다고 밝혔다. 이사회는 오는 29일까지 인천 송도에서 계속된다. 유엔기후변화협약은 온실가스 감축을 위해 1992년 설립된 협약이다. 총 198개국이 참여하는 규범으로, 매년 당사국총회를 열어 주요 사항을 결정한다. 기후메커니즘은 2010년 당사국총회에서 기후변화대응을 위한 과학기술 중요성에
/ 울산과학기술원(UNIST)은 혈관이 막혀 실명으로 이어질 수 있는 응급 질환인 망막혈관폐쇄질환을 치료할 수 있는 실마리를 발견했다고 23일 밝혔다. UNIST에 따르면 화학과 조재흥 교수팀은 서울아산병원 안과 이준엽 교수팀, 한국과학기술원(KAIST) 백무현 교수팀과 망막혈관폐쇄질환의 새로운 치료법을 찾기 위한 공동연구를 진행했다. 공동연구진은 폐쇄된 혈관을 확장해 효과적으로 흐름을 복구하는 ‘철-일산화질소 복합체’ 개발에 성공했다 일산화질소는
/ 충남 천안아산 KTX역세권 연구개발(R&D) 집적지구 1호 사업인 충남지식산업센터가 23일 준공됐다. 센터는 천안시 서북구 불당동 4천510㎡ 부지에 지하 1층·지상 6층 규모(연면적 1만2천471㎡)로 건립됐다. 입주대상은 지식산업, 정보통신, 제조업과 관련 지원시설 등이다. 반도체 장비 제조, 엔지니어링, 소프트웨어 개발, 산업용 필터 등 12개 기업이 이달 중 입주할 예정이다. 충남도는 지식산업센터를 통해 일자리
/ 한국과학기술원(KAIST) 부설 인공지능(AI) 바이오 영재고가 청주시 흥덕구 오송읍에 들어선다. 개교 목표 시기는 2027년 3월이다. 충북도는 23일 한국과학기술원이 희망하는 학교 부지요건 등에 대한 의견을 듣고 도교육청과 함께 숙고한 끝에 오송읍을 건립 부지로 결정했다고 밝혔다. 부지 선정의 결정적 요건은 향후 설립될 한국과학기술원 오송캠퍼스와의 접근성, 핵심인력 양성의 용이성 등이었다. 오송에는 첨단의료제품
/ 교육부는 교원의 인공지능(AI)·디지털 역량을 강화하기 위한 ‘2023년 아이에답(AIEDAP) 사업 착수보고회’를 23일 서울 중구 한국프레스센터에서 연다고 밝혔다. 아이에답은 민·관·학 디지털 전문가가 현직 교원과 예비 교원의 디지털 역량 강화를 지원하는 사업으로 지난해 시작됐다. 올해는 지역 여건에 맞는 사업을 추진할 수 있도록 권역별 사업지원단을 꾸리고, 교육 현장에서 디지털 기술을 바탕으로 수업을
/ 강원 양구군은 치매 환자, 독거노인 등 돌봄이 필요한 고령자를 대상으로 인공지능(AI) 말벗 인형 ‘천사친구 효돌·효순이’ 서비스를 제공한다고 23일 밝혔다. 군은 치매안심센터에 등록한 맞춤형 사례관리 대상자 중 우울 척도가 높은 10명에게 오는 12월까지 말벗 인형을 지원한다. 이는 정서·인지 정도가 다소 낮은 어르신을 돕는 인형 모양의 로봇이다. 일상 중 말벗이