포스테키안

2021 봄호 / HELLO NOBEL

2021-04-19 41

간암과 간경변을 일으키는 간염 바이러스를 찾아라! 

 

 

수상자: 하비 올터 (Harvey J. Alter) , 마이클 하우턴 (Michael Houghton), 찰스 라이스 (Charles M. Rice) 

수상 이유: C형 간염 바이러스 발견 

특정 질병을 일으키는 바이러스를 찾아내는 연구는 그 병에 대한 진단, 예방, 및 치료법의 개발에 필수적이다. 

2021년 3월 현재, 1억 2천만 명 이상이 확진되었고, 260만 명 이상의 목숨을 잃게 만든 코로나19 (SARS-CoV-2) 바이러스가 우리의 사회, 경제, 문화 활동을 전면적으로 바꾸어 놓았습니다. 앞으로도 상당 기간 심각한 질병을 일으키고, 여러 가지 사회 활동을 제약할 것으로 생각됩니다. 그렇지만 다행히 이제 이 바이러스에 대한 백신들이 개발되어, 차차 이 바이러스로부터 자유로워질 것으로 생각되고 있습니다. 이렇게 코로나19에 대한 백신을 개발할 수 있었던 것은 중증 급성 호흡기 증후군 SARS(Severe Acute Respiratory Syndrome)를 일으키는 원인자인 바이러스가 무엇인지를 찾아낸 덕분입니다. 바이러스를 발견한 후 그 유전자는 어떻게 구성되어 있는지, 이 바이러스가 생산하는 단백질들의 종류와 역할은 무엇인지, 어떤 단백질에 대한 면역 반응을 유도하면 백신으로 작동할 수 있을지를 예측할 수 있게 되어 최종적으로 백신이 개발될 수 있었습니다. 이 모든 연구는 특정 병을 일으키는 바이러스가 무엇인지를 밝히는 것에서 시작됩니다. 코로나19의 경우에는 중증 급성 호흡기 증후군이 확산되던 2020년 초기에 곧바로 이 병을 일으키는 바이러스(SARS-CoV-2)를 규명할 수 있었기 때문에, 이 병을 진단하는 법을 금방 개발하여 병이 확산하는 것을 상당히 저지할 수 있었습니다. 그 덕분에 이른 시간 내에 이 바이러스에 대한 백신도 개발할 수 있었던 것입니다. 그렇지만 모든 감염성 질병의 원인자를 이렇게 쉽게 찾아낼 수 있는 것은 아닙니다. 세계 4대 감염 질환으로 꼽히는 C형 간염 바이러스의 경우에는 의학자(하비 올터)와 여러 바이러스 학자(마이클 하우턴, 찰스 라이스 등)들이 20년 넘게 지속해서 연구한 끝에 이 중요한 질병을 일으키는 바이러스가 무엇인지를 규명할 수 있었습니다. 

 

수상자

1 하비 올터 (Harvey J. Alter, 미국 국립보건원 부소장), 

2 마이클 하우턴 (Michael Houghton, 캐나다 앨버타대학교), 

3 찰스 라이스 (Charles M. Rice, 미국 록펠러대학교)

ⓒ Novel Prize Outreach. Photo: Joy Asico ⓒ University of Alberta. Photo: Michael Holly ⓒ Novel Prize Outreach. Photo: Florence Montmare

 

Non-A, non-B hepatitis (NANBH) 바이러스의 정체를 밝히다. 

간암은 암 중에서 5번째로 많이 발생하는 암이고, 3번째로 많은 사망자를 내는 암입니다. 이때 간암의 80%는 B형 간염 바이러스나 C형 간염 바이러스의 감염에 의하여 유발됩니다. 따라서 B형과 C형 간염 바이러스에 감염되지 않도록 예방하며, 감염 여부를 진단하고, 감염자를 빨리 치료하는 것이 이 치명적인 암에 걸리지 않기 위해 꼭 필요합니다. 1970년대 초까지는 간염을 일으키는 바이러스로 A형과 B형 간염 바이러스 두 가지만 알려져 있었으며, 이들 바이러스에 감염되었는지를 진단하는 방법이 개발되어 있었습니다. 그런데 환자들을 수혈하는 과정에서 A형과 B형 간염 바이러스가 없다고 판정된 피를 수혈받은 많은 사람에게서 간염이 발생하는 것이 관찰되었습니다.

첫 번째 노벨상 수상자인 하비 올터 박사님은 그때까지 밝혀져 있지 않았던 새로운 바이러스가 이런 수혈에 의한 간염 문제를 일으키는 것으로 생각하고 그 사실을 검정하였습니다. 즉, 수혈을 통하여 새롭게 간염 환자가 된 사람의 혈액을 간염이 없는 침팬지에 주사해 본 결과 그 침팬지도 간염을 일으키는 것을 발견하였고, 그 침팬지는 A형과 B형의 간염 바이러스에는 감염되어 있지 않은 것을 확인함으로써 A형이나 B형이 아닌 새로운 간염 바이러스가 있다는 것을 최초로 밝혔으며, 각각 non-A, non-B 간염 바이러스라고 명명하였습니다. (1975년) 그렇지만 올터 박사님은 그 non-A, non-B 간염 바이러스가 어떤 종류의 바이러스인지는 전혀 알 수 없었으며, 따라서 그것을 진단할 방법도 개발할 수가 없었습니다.

Non-A, non-B 간염 바이러스의 정체를 규명하는 데 결정적인 역할을 한 것은 두 번째 수상자이신 마이클 하우턴 박사님 연구진입니다. 이 연구진은 non-A, non-B 바이러스가 감염되어 간염을 일으키고 있는 침팬지의 간세포에 있는 RNA들을 무작위로 뽑아낸 후에 역전사효소1를 이용하여 cDNA2 library를 만들고, 이 cDNA에 있는 유전자들을 각각 대장균에서 발현하여 그 cDNA들에서 유래한 단백질들을 만들 수 있도록 하였습니다. 그리고 그 cDNA들을 가진 대장균 중에서 non-A, non-B 바이러스에 의해 간염을 일으키는, 침팬지의 혈장에 있는 항체에만 특이적으로 반응하고, 건강한 침팬지의 혈장에 있는 항체에는 반응하지 않는 단백질을 발현하는 대장균을 찾아내었습니다. 그리하여 결국 그 대장균에 존재하는 non-A, non-B 바이러스 유전자에서 유래한 cDNA를 찾아냈습니다. 또한 이 연구팀은 이 cDNA를 추적자(probe)로 이용하여 그것과 이웃하고 있는 바이러스 유전자를 차례로 찾아내는 방법을 사용하여 non-A, non-B 바이러스의 거의 모든 유전자를 클로닝3 하였습니다.(아래 그림)

이 연구는 이 바이러스의 존재가 밝혀진 지 13년이나 지난 후인 1988년에 완료되었습니다. 이 연구팀은 클로닝 된 non-A, non-B 바이러스의 유전자들을 분석함으로써, 이 바이러스가 플라비바이러스과(flavivirus family)에 속하는 것을 밝혔고, 이것이 기존에 알려져 있던 바이러스와는 전혀 다른 것이어서 새로운 바이러스로서 C형 간염 바이러스(hepatitis C virus: HCV)라고 명명하였습니다. 그리고 클로닝 된 C형 간염 바이러스 유전자를 이용하여 이 바이러스에 대한 진단법을 개발하였습니다. 이 진단법의 개발로 사람들이 C형 간염 바이러스에 감염되었는지를 알 수 있게 되었으며, 수혈을 위한 피들을 모두 조사하여 C형 간염 바이러스를 함유한 피들을 제거할 수 있게 되어 더는 수혈을 통한 바이러스의 감염이 일어나지 않게 방지할 수 있게 되었습니다.

그렇지만, 아직도 새롭게 찾아진 바이러스가 간염을 일으키는지는 100% 확인된 것은 아니었습니다. 왜냐하면 하우턴 박사팀이 만든 cDNA로는 바이러스를 생산할 수 없었기 때문입니다. 그 이후에 일본 과학자들에 의하여 하우턴 박사팀의 cDNA는 C형 간염 바이러스의 모든 유전자를 다 가지고 있는 것이 아니고, 3’ 쪽에 X-tail이라는 부위가 더 있어야 한다는 것이 밝혀졌습니다. 마지막으로, 찰스 라이스 박사팀이 X-tail까지 포함하는 완전한 C형 간염 바이러스 cDNA 클론을 만들고, 이것을 주형으로 이용하여 만든 RNA를 침팬지에 주사하여 간염이 발생하는 것을 보임으로써 하우턴 박사팀이 찾아낸 바이러스가 간염을 일으킨다는 것을 실험적으로 완전하게 증명하였습니다. (1997년) 

이런 완전한 바이러스 클론이 만들어짐으로써, 그것을 이용하여 C형 간염 바이러스에 대한 치료제들을 개발할 수 있게 되었으며, 세계에 있는 7,200만 명의 C형 간염 바이러스 환자들이 간경변이나 간암과 같은 치명적인 병을 앓는 위험에서 벗어날 수 있는 길이 생겼습니다. 이상에서 살펴본 바와 같이 특정 질병을 일으키는 바이러스를 찾아내는 연구는 질병의 진단, 치료, 그리고 예방에 꼭 필요한 것이며, 때에 따라서는 병원성 바이러스를 찾는 것은 여러 연구자의 어렵고 긴 연구 과정을 통해서 이루어진다는 것을 알 수 있습니다. 여러분들도 질병을 일으키는 바이러스를 찾아내고, 그 바이러스에 대한 진단법을 개발하고, 백신과 치료제를 개발하는, 어렵지만 보람찬 연구에 동참하고 싶지 않으신가요?

 

[각주]

1 RNA를 주형으로 DNA를 합성할 수 있는 효소

2 Complementary DNA의 줄임말. 역전사효소와 DNA 중합효소에 의해 합성되어, mRNA에 상보적인 배열을 가지는 DNA

3 특정 DNA조각을 벡터(vector)라고 불리는 플라스미드나 바이러스 등에 옮긴 후 이를 살아있는 세포에 다시 도입하여 그 분열을 통해 DNA 사본을 얻는 기술

 

글. 생명과학과 장승기 교수님