'박쥐 오가노이드'로 미래 팬데믹 막을 '실험모델' 구축

IBS 바이러스기초硏·유전체교정연구단 공동연구, 'Science' 게재
바이러스 조기 탐색·치료제 연구 활용, 연구자 '바이오뱅크(Biobank)' 역할 기대

국내 연구진이 한국에 서식하는 박쥐에서 유래한 장기 오르가노이드(유사 장기)를 성공적으로 구축해 신·변종 바이러스와 미래 팬더믹에 선제적으로 대응할 수 있는 세계 최대 규모의 실험모델 구축에 성공했다.

과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) 한국바이러스기초연구소와 유전체 교정 연구단 공동 연구진이 박쥐 장기의 세포 구성·기능을 모방한 3차원의 장기유사체인 오가노이드를 성공적으로 구축, 바이러스 감염 특성과 면역 반응을 분석할 수 있는 새로운 연구 플랫폼을 개발했다고 16일 밝혔다.

박쥐 오가노이드를 활용한 코로나(SARS-Cov-2, MERS-CoV) 등 박쥐 유래 인수공통바이러스의 특이적 감염 양상과 증식 특성 규명 과정. 연구진 제공

이번 연구는 감염병 분야 기초 연구를 수행하는 한국바이러스기초연구소와 유전체 교정 기술을 기반으로 오가노이드 연구를 선도하는 유전체 교정 연구단의 학제적 협력으로 이뤄졌으며, 연구 결과는 이날 세계 최고 권위의 학술지 사이언스(Science, IF 44.7)에 게재됐다.

박쥐 바이러스, 팬데믹 유발 잠재적 위협에도 생체 모델 한정

감염병의 약 75%는 동물로부터 유래한다. 특히 박쥐는 사스코로나-2(SARS-Cov-2), 메르스코로나(MERS-CoV), 에볼라, 니파 등 다수의 고위험 인수공통바이러스의 자연 숙주로 알려져 있다. 박쥐 유래 신·변종 바이러스가 고위험 전염병이나 팬데믹을 유발할 잠재적 위협이 되는 이유다.

이 때문에 박쥐 유래 바이러스의 증식 및 전파 특성을 조기에 규명하고 선제적으로 대응할 수 있는 연구의 필요성이 강조되고 있다. 그러나 현재 박쥐 유래 바이러스 연구를 위한 생체 모델은 극히 제한적이다. 실제 기존 생체 모델 대부분은 일반 세포주나 열대 과일박쥐 일부 종에서 얻은 단일 장기 조직 오가노이드에 한정돼 있다.

이에 IBS 연구진은 한국과 동북아시아·유럽 등에 널리 서식하는 식충성 박쥐 애기박쥣과(Vespertilionidae) 및 관박쥐과(Rhinolophidae) 박쥐 5종으로부터 기도, 폐, 신장, 소장의 다조직 오가노이드 생체 모델을 구축하고, 박쥐 유래 바이러스 연구의 새로운 기반을 마련했다.

연구진은 우선 박쥐 오가노이드를 활용해 코로나, 인플루엔자, 한타 등 박쥐 유래 인수공통바이러스의 특이적 감염 양상과 증식 특성을 규명했다. 또 박쥐 오가노이드에 다양한 인수공통바이러스를 감염시켜 박쥐의 종과 장기, 바이러스 종류에 따라 나타나는 선천성 면역 반응을 정량적으로 확인, 박쥐 오가노이드가 바이러스-면역 상호작용을 규명할 수 있는 중요한 연구 플랫폼으로 활용될 수 있음을 증명했다.

"감염병 대응 연구의 정밀성과 실효성 크게 확장"

야생 박쥐의 분변 샘플에서 두 종류의 변종 바이러스를 찾아내고, 이를 배양해 분리하는 데에도 성공했다. 이는 박쥐 오가노이드가 실제 박쥐 장기 환경을 매우 유사하게 구현해 기존 세포 모델보다 더 높은 생리적 재현성과 민감성을 확보하고 있음을 나타내는 것이다.

김현준 기초과학연구원(IBS) 한국바이러스기초연구소(KVRI) 선임연구원이 연구의 의미 등에 대해 설명하고 있다. IBS 제공

연구진은 기존 3차원 박쥐 오가노이드를 2차원 배양 방식으로 개량해 고속 항바이러스제 스크리닝에 적합한 실험 플랫폼으로 확장하기도 했다. 3차원 오가노이드는 모양과 크기가 균일하지 않아 자동화된 실험이 어렵고, 분석과 평가에도 시간이 오래 걸리는 데 반해 연구진이 개발한 2차원 플랫폼은 오가노이드 유래 세포를 평평한 배양판에 펼쳐 균일한 세포층을 형성하고 있어 실험이 용이하고 분석이 빠르다.

연구를 주도한 김현준 IBS 한국바이러스기초연구소 선임연구원(제1 저자)은 "이번 플랫폼을 통해 그동안 세포주 기반 모델로는 어려웠던 바이러스 분리, 감염 분석, 약물 반응 평가를 한 번에 수행할 수 있게 됐다"면서 "실제 자연 숙주에 가까운 환경에서 병원체를 실험할 수 있다는 점에서 감염병 대응 연구의 정밀성과 실효성을 크게 확장할 수 있을 것"이라고 설명했다.

구본경 IBS 유전체 교정 연구단장(교신저자)은 "바이러스에 대한 박쥐 조직의 감염 반응을 정량적으로 추적할 수 있게 돼 인수공통감염병의 병리 메커니즘 연구에 중요한 전환점이 될 것"이라고 강조했고, 최영기 한국바이러스기초연구소장(교신저자)은 "이번에 구축한 세계 최대 규모의 박쥐 오가노이드는 글로벌 감염병 연구자들에게 표준화된 박쥐 모델을 제공하는 바이오뱅크(Biobank) 자원으로서 중요한 의미를 갖는다"고 평가했다.

한편, 이번 연구에서 핵심적 역할을 한 IBS 한국바이러스기초연구소(KVRI)는 2021년 설립된 국가 감염병 분야 기초연구 거점기관이다. 바이러스의 발병·전파부터 감염·면역, 분석·대응까지 국가 바이러스 연구 역량을 확충하고 기관 간 협력 확대의 중추적 역할을 수행하고 있다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr