바이러스의 비밀을 풀다, 그러나 이제 시작이라는건 비밀

오늘은 바이러스 구조 연구에 대한 논문을 한번 가져와 봤습니다. 제목은 Birth of protein folds and functions in the virome. 입니다. 불과 10여년전에는 없었던 어마무시한 단백질 데이터베이스가 있다보니 아이디어가 무궁무진한 분들은 이것저것 해볼게 많나 봅니다.

DOI: 10.1038/s41586-024-07809-y

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## 바이러스의 비밀을 풀다: 인공지능이 찾아낸 놀라운 사실들

**우리 몸을 괴롭히는 바이러스, 그 속에 숨겨진 비밀을 과학자들이 밝혀냈습니다!**

코로나19 팬데믹 이후, 바이러스에 대한 관심이 그 어느 때보다 높아졌습니다. 우리는 바이러스가 어떻게 작용하고, 어떻게 우리 몸을 감염시키는지 궁금해합니다. 최근, 과학자들은 인공지능을 활용하여 바이러스 단백질의 구조를 대규모로 분석하는 연구를 진행했는데요, 그 결과 놀라운 사실들을 발견했습니다.

### 바이러스 단백질, 그 안에 무엇이 있을까?

모든 생명체는 단백질로 이루어져 있습니다. 단백질은 우리 몸의 다양한 기능을 수행하는 아주 중요한 분자입니다. 바이러스 역시 예외는 아니죠. 바이러스는 우리 몸의 세포에 침투하여 자신의 단백질을 만들어내고, 이를 통해 우리 몸을 감염시킵니다.

**이번 연구에서는 무려 4,463종의 진핵 바이러스에서 67,715개의 단백질 구조를 예측했습니다.** 이는 마치 수많은 퍼즐 조각들을 맞춰 거대한 그림을 완성한 것과 같습니다. 과학자들은 인공지능을 활용하여 이렇게 많은 양의 데이터를 빠르고 정확하게 분석할 수 있었습니다.

### 인공지능, 바이러스 연구의 새로운 길을 열다

이 연구에서 사용된 인공지능은 **알파폴드**라는 프로그램입니다. 알파폴드는 단백질의 아미노산 서열만으로 단백질의 3차원 구조를 예측할 수 있는 놀라운 능력을 가지고 있습니다. 마치 단백질의 설계도를 보는 것처럼, 단백질의 모양을 정확하게 예측할 수 있는 것이죠.

**알파폴드를 활용하여 연구진은 바이러스 단백질의 62%가 기존 데이터베이스에는 없는 새로운 구조라는 사실을 밝혀냈습니다.** 이는 바이러스가 얼마나 빠르게 변화하고 진화하는지를 보여주는 증거입니다. 마치 카멜레온이 주변 환경에 맞춰 몸 색깔을 바꾸듯, 바이러스도 끊임없이 변화하며 우리 몸의 면역 체계를 피해 살아남으려고 합니다.

### 연구 결과가 의미하는 것은?

이 연구 결과는 바이러스 연구에 새로운 지평을 열었습니다. 

* **바이러스 백신 개발:** 바이러스 단백질의 구조를 정확하게 이해하면, 더욱 효과적인 백신을 개발할 수 있습니다. 마치 자물쇠의 구조를 알면 열쇠를 만들 수 있는 것처럼, 바이러스 단백질의 구조를 알면 바이러스를 무력화시킬 수 있는 항체를 만들 수 있기 때문입니다.

* **바이러스 진화 연구:** 바이러스가 어떻게 진화하는지 이해하면, 새로운 바이러스의 출현을 예측하고 대비할 수 있습니다.

* **바이러스와 숙주 간의 상호작용 연구:** 바이러스가 우리 몸의 세포와 어떻게 상호작용하는지 이해하면, 바이러스 감염 질환 치료에 새로운 가능성을 열 수 있습니다.

### 앞으로의 과제

이번 연구는 바이러스 연구에 있어 큰 진전이지만, 아직 풀어야 할 숙제가 많습니다. 예를 들어, 알파폴드는 단백질의 구조를 예측하는 데 뛰어나지만, 단백질이 어떤 기능을 하는지 정확하게 설명해주지는 못합니다. 따라서 앞으로는 단백질의 구조와 기능을 연결하는 연구가 더욱 활발하게 진행될 것으로 예상됩니다.

**이처럼 인공지능은 우리가 상상하지 못했던 방식으로 과학 연구를 발전시키고 있습니다.** 앞으로 인공지능을 활용한 다양한 연구를 통해 우리는 자연의 비밀을 더욱 깊이 이해하고, 인류의 삶을 더욱 풍요롭게 만들 수 있을 것입니다.

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미래 바이러스 연구에 대한 기대

이번 연구의 가장 큰 성과는 우리가 기존에 알지 못했던 바이러스 단백질의 구조적 특징을 밝혀냈다는 점입니다. 특히, 바이러스가 숙주의 면역 시스템을 어떻게 교묘하게 회피하는지를 이해함으로써, 우리는 바이러스와의 전쟁에서 한 걸음 더 나아갈 수 있게 되었습니다. 연구팀은 이번에 구축한 바이러스 단백질 구조 데이터베이스가 앞으로 바이러스 연구자들에게 중요한 자원이 될 것으로 기대하고 있습니다.

바이러스는 다양한 방법으로 숙주를 감염시키고, 면역 시스템을 무력화시킵니다. 이를 이해하기 위해서는 단백질 구조를 분석하고, 그 기능을 추정하는 것이 필수적입니다. 이번 연구에서 사용된 AI 기술과 데이터 분석 방법은 바이러스 연구에 혁신적인 접근 방식을 제공했으며, 앞으로 더 많은 연구에서 활용될 것입니다.

또한, 이 연구는 다른 생명과학 분야에도 응용될 수 있는 가능성을 보여줍니다. 예를 들어, 암 연구나 희귀 질환 연구에서 단백질 구조를 분석하여 질병의 원인을 밝혀내는 데 도움이 될 수 있습니다. AI와 빅데이터 분석이 결합된 이러한 접근 방식은 생명과학 연구의 새로운 패러다임을 제시하며, 미래의 의료 기술 발전에 큰 기여를 할 것입니다.

AI와 빅데이터, 생명공학의 만남

이번 연구는 AI와 빅데이터 분석이 어떻게 생명공학 연구에 혁신을 가져올 수 있는지를 잘 보여줍니다. 특히, 단백질 구조 예측에 사용된 ColabFold와 같은 AI 도구는 단백질 서열만으로 3D 구조를 예측할 수 있어, 기존의 실험적 방법보다 훨씬 빠르고 효율적입니다. 이러한 기술은 방대한 양의 바이러스 데이터를 처리하고 분석하는 데 있어 매우 유용하며, 앞으로 더 많은 연구에서 AI 기술이 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

또한, 바이러스 단백질의 기능을 추정하기 위해 사용된 MMseqs2와 Foldseek 같은 도구는 데이터의 패턴을 찾고, 유사한 단백질을 그룹화하는 데 사용되었습니다. 이러한 빅데이터 분석 도구는 바이러스뿐만 아니라 다른 생명과학 데이터에서도 중요한 인사이트를 제공할 수 있습니다.

마지막으로

바이러스는 여전히 많은 부분이 미지의 영역으로 남아 있습니다. 하지만 이번 연구는 AI와 빅데이터 분석을 통해 그 비밀을 풀어가고 있다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 앞으로도 이러한 연구들이 지속적으로 진행되어, 우리가 바이러스에 대해 더 깊이 이해하고, 효과적인 대응 방법을 찾을 수 있기를 기대합니다.

여러분도 AI와 빅데이터 분석이 생명공학 연구에 어떻게 활용될 수 있는지에 관심을 가져보세요. 이들은 단순한 기술을 넘어, 우리의 건강과 미래를 지키는 중요한 도구가 될 것입니다. 바이러스 연구의 혁신적인 발견을 함께 지켜보며, 미래를 준비해봅시다.

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## 바이러스의 비밀을 풀어내는 AI: 새로운 단백질의 세계

우리가 알고 있는 생명체 외에도,  눈에 보이지 않는 작은 세계에는 바이러스라는 존재가 있습니다. 바이러스는 생명체와 무생물의 경계에 있는 미스터리한 존재로, 끊임없이 진화하며 인간을 비롯한 다양한 생명체에 영향을 미치고 있습니다. 최근 과학자들은 **AI를 이용하여 바이러스 단백질의 구조를 예측하고 그 기능을 밝혀내는 데 놀라운 진전**을 이루었습니다. 마치 복잡한 암호를 풀어내는 것처럼, **빅 데이터와 AI를 활용한 연구를 통해 바이러스의 베일을 한 겹씩 벗겨내고 있는 것**입니다.

### 67,715개의 바이러스 단백질 구조를 예측하다

이번 연구에서는 **진핵생물 바이러스 4,463종에서 얻은 67,715개의 단백질**을 분석 대상으로 삼았습니다. 방대한 양의 바이러스 단백질 데이터에서 유의미한 정보를 얻기 위해 연구진은 **AlphaFold라는 AI 도구**를 활용했습니다. **AlphaFold는 아미노산 서열을 기반으로 단백질의 3차원 구조를 예측하는 딥러닝 알고리즘**입니다.  AlphaFold는 이미 알려진 단백질 구조 데이터를 학습하여, 새로운 단백질의 구조를 높은 정확도로 예측할 수 있습니다.

### 바이러스 단백질, 그 미지의 세계를 탐험하다

연구 결과, **바이러스 단백질의 62%가 기존에 알려진 단백질 구조와 매우 다르다는 사실**이 밝혀졌습니다. 이는 **바이러스가 지금까지 알려지지 않은 새로운 단백질을  만들어내고 있음**을 시사하는 중요한 발견입니다. 

### 구조 유사성 분석, 바이러스 단백질 기능의 실마리를 찾다

흥미로운 점은, **구조적으로 유사한 단백질은 기능 또한 유사할 가능성이 높다**는 것입니다. 연구진은 이러한 점에 착안하여, 새롭게 밝혀진 바이러스 단백질 구조와 기존에 알려진 단백질 구조를 비교 분석했습니다. 그 결과, **기능을 알 수 없었던 바이러스 단백질의 약 25%에 대한 기능을 예측**할 수 있었습니다. 

### 바이러스와 숙주, 그들의 미묘한 관계

더 나아가 이 연구는 **바이러스가 숙주와 어떻게 상호 작용하는지**에 대한 중요한 단서도 제공합니다. 바이러스 단백질 구조를 분석한 결과, 인간 병원균과 진핵생물 숙주 사이의 예상치 못한 유사성이 발견된 것입니다. 이러한 유사성은 바이러스가 숙주를 감염시키고, 면역 체계를 회피하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

### RNA 리가아제 T 유사 포스포디에스테라아제: 바이러스의 면역 회피 전략

특히 이 연구에서 주목해야 할 부분은 **RNA 리가아제 T (LigT) 유사 포스포디에스테라아제(PDE)라는 효소**입니다. 이 효소는 바이러스가 **숙주의 면역 체계를 회피하는 데 중요한 역할**을 합니다. 숙주는 바이러스 감염을 감지하면 cGAMP라는 물질을 분비하여 면역 반응을 활성화합니다. 그런데 **LigT 유사 PDE는 이 cGAMP를 분해하여 숙주의 면역 반응을 무력화**시킵니다. 더욱 흥미로운 점은, 이 효소가 박테리오파지와 진핵생물 바이러스 모두에서 발견된다는 것입니다. 이는 **바이러스가 오랜 진화 과정에서 숙주의 면역 체계에 효과적으로 대응하기 위해 LigT 유사 PDE를 획득했음**을 의미합니다. 

### 연구의 의의: 바이러스 연구의 새로운 지평을 열다

이 연구는 빅 데이터와 AI를 활용하여 **바이러스 단백질의 구조와 기능을 예측하고 분석하는 새로운 방법**을 제시했다는 점에서 큰 의미를 지닙니다. 이는 앞으로 **새로운 바이러스 치료제 개발, 진단 기술 개발, 바이러스 감염 예측 및 예방 연구** 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다. 

인류에게 AlphaFold와 같은 강력한 도구를 손에 넣게되어서 이전보다는 빠르게 정확하게 자연계의 단백질구조를 설명, 파악할 수 있게 된듯합니다. 그러나 아직 갈 길은 먼 것 같지만 한걸음 한걸음 하다보면 뛸 수 있는 때가 오게 될 것이고, 뛰다보면 이전에는 알지 못했것들을 또 알 수 있게 되지 않을까 합니다.

언젠가는 지금과는 비교할 수 없는 수준의 지식들이 곳곳 쌓여서 인간의 삶을 윤택하게 하지 않을까 합니다. 물론 사회학적이나 경제학적인 문제는 있을 수 있겠지만..

출처: @wm_ohmygirl

언제나 인간이 선을 넘었지, 바이러스가 선을 넘진 않았지

지난 2월 16일 Genomeweb와 cell지에 무시무시한 뉴스 한편이...

말레이 천산갑에서 HKU4-CoV보다 더 넓은 숙주를 감염시킬 수 있는 MjHKU4r-Cov라는 새로운 MERS와 유사한 CoV가 있다는 것이 확인되었다고 합니다.

ㅎㄷㄷㄷㄷ 

GenomeWeb 기사는 제가 회원이 아니라 모르겠고 공개되어 있는 cell의 논문이나 가볍게 읽어 보았습니다.

"A bat MERS-like coronavirus circulates in pangolins and utilizes human DPP4 and host proteases for cell entry"의 논문으로, 모든 면에서 "가볍"게 읽었습니다. (진지하게 받아들이셔도 개취 존중)

일단 또 Pangolin, 천산갑이 등장했습니다. 
천산갑이 매개자 역할을 하는 것인지 명확하지 않지만(저말고 이 곰국저자 曰) 포유류중 가장 많이 밀매된다고 코로나로는 부족했나 봅니다.

여튼 맛이 좋은건지, 한약재로 인기가 좋은건지 모르겠지만 Malayan pangolins, 말레이 천산갑에서 새로운 MERS-like coronavirus (이하 MjHKU4r-CoV)를 86마리(이 말레이 천산갑은 어디서 구했는지 모르겠으나) 천산갑 중 4마리는 pan-CoV PCR 양성, 7마리는 혈청 양성 반응을 보였고, 시퀀싱을 하여서 4개의 바이러스 서열을 확보, 이중에서 MjHKU4r-CoV 서열도 함께 확보해서 이런저런 실험을 진행해보았다고 합니다.

그래서 천산갑에서 확인된 새로운 바이러스가 사람도 감염시킬 수 있는가?

MjHKU4r-CoV는 사람을 감염시킬 수 있는가? 어려운 실험얘기는 논문 보시면 알 수 있고, HKU4-CoV, MERS-CoV, MjHKU4r-CoV를 가지고 실험을 해 보았다고 합니다.

근데 왜 MjHKU4r-CoV의 감염력 실험을 하는데 다른 2개 바이러스는 왜 할까? HKU4-CoV는 박쥐 코로나바이러스로 사람에게 직접 감염이 어려운 바이러스(음성컨트롤)이고, MERS는 MERS는 이미 사람에게 감염되는 것으로 알려져있죠(양성컨트롤)? 논문 제목과 새로운 바이러스의 이름때문에 박쥐(HKU)와 MERS를 비교삼아 진짜 감염력이 있는지 어느 녀석과 감염력이 유사한지 확인해본겁니다. 

그래서 결론은 사람 너님은 잘 감염됨. 또한 ACE2와 비슷한 hDPP4 또한 중요하다는 것도 확인했고 DPP4라는 수용체를 바탕으로 숙주가 가능한 것들을 한번 테스트 해봤는데.. 돼지, 염소, 고양이, 토끼, 말, 쥐, 햄스터, 개와 같이 감염시킬 수 있는 숙주의 범위가 꽤나 넓습니다.

근데 지난번에 우리 COVID19에 사용할 수 있는 치료제 있다고 하지 않았나?

예, 음.. 정확히 COVID19에 사용하기 위한 치료제는 모르겠고 에볼라 치료를 위해 만들었던 Remdesivir가 COVID19에도 효과가 있다고는 알려져 있어 사용해보았고 추가적으로 무엇인지는 모르겠으나 GC376, EIDD-2801라는 물질도 MjHKU4r-CoV에 효과가 있는지 확인해보았다고 합니다.

다행히 바이러스의 복제를 억제하는 효과는 있는것으로보입니다(Fig 7).
다만 MjHKU4r-CoV와 함께 MERS는 했으면서 왜 SARS-CoV는 왜 안했지.. 조금 궁금하네요..
그리고 억제 효과가 1uM이하에서는 안보이기 시작하는데.. 실제 주사로 투여했을 때 1uM이라는 수준으로 약제가 잘 도착해야할텐데... 

무튼... 

연구의 한계점이 있다는 것을 밝히면서 마무리하고 있는데, 삼림채벌이나 야생동물의 무분별하게(비위생적으로) 거래되어 애초에 인간과 접촉할 일이 없었던 바이러스들이 인간과 많이 접촉하게 되어 문제가 되고 있으니 적극적인 감시와 모니터링이 필요하다고하면서 논문을 마무리하였습니다.

천산갑에서 또 다른 COVID19와 유사한 바이러스가 또 나와서 COVID19와 같은 피해와 슬픔을 또 줄 수 있으니 두려움이 생길 수 있으나 아직은 가능성에 대한 내용일 뿐 지금부터 잘 대처하고 준비하면 COVID19 때 보다는 나은 상황이 펼쳐지지 않을까 하는 기대를 가져봅니다.

출처 : @ye._.vely618