서울대 공대 전기정보공학부 권성훈 교수팀,

기존 백신 반복 접종만으로 변종 코로나 바이러스에 대항하는 인체 메커니즘 밝혀

- 교과서로는 설명하기 어려웠던 백신에 대한 체내 면역기작 해석

- 백신뿐만 아니라 질병 치료법과 예방책 개발에도 중요한 역할을 할 것으로 기대

▲ (좌측부터) 서울대학교 의과대학 박서령 연구원, 서울대학교 공과대학 최재원 연구원, 파스퇴르 연구소 김승택 박사, 서울대병원 감염내과 오명돈 교수, 박완범 교수, 서울대학교 공과대학 권성훈 교수, 서울대학교 생화학교실 정준호 교수

서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 전기정보공학부 권성훈 교수가 서울대병원 감염내과 오명돈, 박완범 교수, 생화학교실 정준호 교수, 파스퇴르 연구소와의 공동연구를 통해 코로나 바이러스 백신을 반복 투여 시 어떻게 우리 몸이 효과적으로 대응할 수 있는지 그 메커니즘을 설명하는 기술을 발굴했다고 밝혔다.

코로나바이러스 감염증-19(COVID-19) 예방 백신을 세 번 접종하면 오미크론 변종에 대한 대응이 가능하다. 하지만, 해당 백신은 변종이 일어나기 전인 야생형 코로나 바이러스의 유전정보만을 가지고 있어 반복 접종 시 어떻게 오미크론과 같은 변종 바이러스에 대항하는 항체가 발달하는지 정확한 메커니즘은 설명되지 않았다.

이에 공동 연구팀은 COVID-19 예방 백신을 세 차례 접종 받은 41명의 의료진에게 채취한 혈액으로부터 차세대 염기서열 분석(NGS)과 결합된 면역영상 기술을 개발해 수억 개 이상의 면역세포 유전자 정보에 대한 분석을 진행했다.

해당 데이터를 기반으로 백신 접종에 따른 우리 몸의 반응을 연속적으로 추적한 결과, 세계 최초로 코로나 돌연변이체에 대응하는 체내 메커니즘 해석에 성공했다.

면역영상 기술이란 기존 X-ray 영상을 통해 질병을 진단하듯이 개인의 면역 상태를 영상화하여 종합적인 진단 및 분석을 시각적으로 분석하는 차세대 기술이다. 특히, 시간에 따른 면역 세포의 분포, 기능, 분화 형태 및 상호작용에 대한 포괄적인 정보를 얻어 질병 특이적인 면역 반응을 이해하고, 특정 치료법에 대한 환자마다의 반응을 예측하기에 유용하다.

▲ 본 연구 내용 요약 그림

공동 연구팀은 세 번째 접종 후 항체에서 유의미하게 발생하는 유전적 변화인 ‘체세포 과돌연변이’의 축적이 항체의 항원 결합력에 대한 다양성을 넓혀, 새롭게 등장하는 변종 바이러스에도 효과적으로 대응할 수 있다고 밝혔다.

특히, 변종 바이러스에 대응할 수 있는 항체가 최초로 형성되는 시기는 세 번째 접종 이전에 존재했다는 점을 확인하고, 이 항체들이 3차 접종 후에 많은 양의 체세포 과돌연변이를 축적하게 되어 원래의 코로나 바이러스뿐만 아니라 오미크론을 포함한 변종 바이러스들을 중화할 수 있도록 진화하는 양상을 포착하였다.

논문의 제 1저자인 최재원 연구원은 “기존의 코로나 바이러스 백신을 다만 반복 접종했을 뿐인데 오미크론에 대항하는 항체가 생기는 현상이 면역학 교과서 대로는 설명이 잘 되지 않은 부분이었는데, 서울대병원과 협력을 통한 정제된 데이터와 면역영상과 같이 분자 수준의 데이터를 높은 해상도로 볼 수 있는 기술로 개개인의 B 세포 분화를 추적하여 이 현상을 해명할 수 있었다”고 밝혔다.

권성훈 교수는 “본 연구에서 개발된 차세대 염기서열 분석과 결합된 면역영상 기술은 앞으로의 팬데믹에 대비하여 우리가 보다 정확하고 신속하게 백신의 면역 반응을 이해하고, 나아가 다양한 질병에 대한 치료법과 예방책을 개발하는 데에도 중요한 역할을 할 것”이라고 전했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업(리더연구), 한국연구재단(NRF), 4단계 두뇌한국 21(BK 21 FOUR), 서울대학교병원 연구기금, 한국 보건산업진흥원, 한국 치매 연구 센터의 지원을 받아서 이뤄졌으며, 해당 연구 결과는 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지에 게재되었다.