국내 연구팀이 인플루엔자(독감)와 같은 감염성 질병의 효과적인 예방을 위한 자기조립 단백질 기반 나노구조체 백신 개발에 성공했다.
카이스트 생명과학과 전상용·송지준 교수 연구팀은 인수공통 감염을 일으키는 브루셀라 세균의 외막 단백질을 인플루엔자 바이러스 항원 전달체로 활용해 인플루엔자에 대항하는 새로운 백신 플랫폼을 개발했으며, 바이러스 항원-특이적인 체액성 면역 반응(항체 생성)을 유도해 여러 종의 인플루엔자 바이러스에 대해 감염을 효과적으로 예방할 수 있음을 보였다.
자연에 존재하는 몇몇 단백질 기반 나노구조체들은 '바이러스 유사 입자'를 모방해 백신용 항원 전달체로 활용할 수 있으나 항원에 대한 면역원성을 증가시키기 위해 반드시 면역증강제를 사용해야만 한다. 문제는 종종 면역증강제에 의한 부작용이 발생한다는 점이다. 이에 연구팀은 자체 면역원성 및 면역 증강 효과를 가지는 브루셀라 병원균의 외막 단백질 BP26 기반 '술통' 모양의 나노구조체에 기반한 백신을 개발했다.
또한 인플루엔자 바이러스는 이미 백신이 개발됐음에도 불구하고, 바이러스의 높은 변이율로 인한 백신 불일치로 인해 여전히 계절성 인플루엔자가 매년 유행하고 있다. 이에 따라 백신을 매년 새로 예측하고 생산 및 접종해야 하는 복잡한 과정이 따른다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 다양한 인플루엔자 바이러스로부터 광범위한 보호 면역을 유도할 수 있는 범용 인플루엔자 나노 백신을 개발했다.
연구팀은 인플루엔자 바이러스 아형에 상관없이 서열이 유사하게 보존돼 있어 범용성을 가지나 낮은 면역원성으로 인해 단독 사용이 제한돼온 인플루엔자 바이러스 항원 M2e와 BP26 단백질의 융합을 진행했고, 단량체들의 자기조립을 통해 형성된 단백질 나노구조체를 인플루엔자 바이러스에 대한 새로운 백신 플랫폼으로 활용했다.
실험 결과, 술통 모양 나노구조체 백신은 기존 항원 단백질 대비 훨씬 더 강력한 M2e 항원에 대한 특이적인 체액성 면역 반응을 유도했으며, 다양한 인플루엔자 바이러스 감염으로부터 동물을 효과적으로 보호할 수 있음이 확인됐다.
전상용 교수는 "세균 유래 단백질 나노구조체 기반 범용성 인플루엔자 백신을 최초로 개발했다"며 "인플루엔자뿐만 아니라 다양한 감염성 병원체 감염에 대응할 수 있는 다목적 백신 플랫폼으로써 기대해볼 수 있을 것이며, 현재 코로나19에 대항하기 위한 새로운 백신 후보군을 개발하는 후속 연구를 수행 중"이라고 말했다.
이번 연구는 미국 화학회 나노분야 저명학술지 `ACS 나노(ACS Nano)'에 최근 게재됐으며, 한국연구재단의 리더 연구(정밀 바이오-나노메디신 연구단) 사업 및 KAIST Grand Challege 30 Project의 지원을 받아 수행됐다.