바이러스 변이 '부위별'로 읽는다…단일 돌연변이 식별 플랫폼

중국과 호주 공동 연구진이 바이러스의 특정 부위 돌연변이까지 식별하는 새로운 진단 플랫폼을 개발했다.

푸젠사범대학 왕징 연구원과 호주 퀸즐랜드대학 공동 연구팀은 최근 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 관련 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 'EpiCount-SERS'로 명명된 새로운 표면증강라만산란(SERS) 플랫폼을 제시했다.

기존 항원 검사 기술은 대부분 단일 항체를 사용해 바이러스의 특정 표적 부위, 즉 에피토프(epitope) 하나만을 인식한다. 이 방식은 바이러스에 변이가 생겨 에피토프 구조가 바뀌면 항체 결합력이 떨어져 검출 감도가 낮아지거나 위음성이 발생할 수 있다.

EpiCount-SERS 플랫폼은 이러한 한계를 극복하기 위해 설계됐다. 핵심은 여러 에피토프를 동시에 인지하는 이중특이 나노항체(BsAbs)를 활용하는 것이다. 각기 다른 에피토프에 결합하는 나노항체에 고유한 라만 신호를 부여해, 한 번의 검사로 여러 부위의 결합 정보를 동시에 디지털 신호로 읽어낸다.

연구팀은 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2) 스파이크 단백질의 수용체 결합 도메인(RBD)에 존재하는 3개의 다른 에피토프(α21, α34, α105)를 표적하는 시스템을 구축했다. 그 결과, 재조합 단백질은 서브 나노그램(ng/mL) 수준, 비활성화 바이러스 입자는 마이크로리터(μL)당 약 100카피 수준까지 검출하는 높은 민감도를 보였다.

특히 이 플랫폼은 알파, 베타, 오미크론 등 다양한 SARS-CoV-2 변이주를 대상으로 실험했을 때 각기 다른 신호 패턴을 나타냈다. E484K 돌연변이를 가진 베타, 감마, 오미크론 변이주의 경우 α21 에피토프 채널의 신호가 눈에 띄게 약해지는 것을 확인했다. 이는 바이러스의 존재 유무를 넘어 어느 부위에 변이가 발생했는지까지 분석할 수 있음을 의미한다.

연구팀이 실제 환자의 비인두 면봉 검체를 이용해 플랫폼을 검증한 결과, 여러 에피토프 정보를 종합했을 때의 곡선하면적(AUC) 값은 0.9467에 달했다. 이는 단일 에피토프만 분석했을 때보다 월등히 높은 정확도다.

연구팀은 이번 연구가 단순히 SARS-CoV-2 검출을 넘어 '구조 감지형' 디지털 면역분석의 새로운 틀을 마련했다고 평가했다. 모듈식 설계를 통해 인플루엔자 바이러스, 종양 관련 항원 등 변이가 잦은 다른 단백질 표적에도 기술을 확장 적용할 수 있을 것으로 기대된다.