바이러스는 생물도 무생물도 아닌 어정쩡한 존재다. 숙주세포에 빌붙지 않고서는 자손을 낳을 수도 없다. 그래서 바이러스의 목표는 하나다. 숙주세포에 잘 침투해서 가능한 많은 숙주세포를 감염시키고, 자손을 많이 증식하는 것이다. 그렇다면 숙주세포는 바이러스에 당하기만 하고 있을까.

유주연 생명과학과 교수가 이끄는 세포면역유전체학 연구실은 바이러스나 박테리아가 체내에 침입했을 때 우리 몸이 어떻게 대응하는지 세포와 분자 수준에서 일어나는 생체 방어 메커니즘을 연구하고 있다.

유 교수는 “바이러스 같은 외부물질이 세포질 안에서 인지되는 방식과 이때 나타나는 신호전달 경로를 이해하기 위해 미토콘드리아, 소포체 등 세포 내 소기관의 역할을 연구하고 있다”고 말했다.

바이러스가 우리 몸에 침입할 때 세포가 어떻게 방어하는지 밝혀내는 것은 치료제나 백신 개발의 첫 단계로 여겨진다. 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)을 유발하는 코로나19 바이러스처럼 돌연변이가 자주 나타나는 RNA 바이러스는 백신만으로는 대응에 한계가 있다. 유 교수는 “인체 세포는 바이러스에 감염되면 다양한 물질을 만들어내고 이를 통해 방어 기작을 작동시킨다”며 “세포에 대한 기초 연구를 통해 이런 물질을 찾아내는 것은 결국 치료제를 개발하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다”고 말했다.

실제로 연구실은 그간 대사증후군 관련 질병 예방·치료용 물질, C형 간염 바이러스(HCV) 감염질환 예방·치료 물질 등을 찾아내 특허를 등록했다. 2016년에는 코로나19 바이러스처럼 RNA 바이러스인 인플루엔자바이러스의 감염질환 예방·치료물질 특허도 출원했다.

유 교수는 “바이러스에 감염됐을 때 세포가 만들어내는 방어 단백질을 발굴하고, 이런 단백질이 만들어지는 기전을 찾는 기초 연구가 연구실의 주된 관심사”라며 “이를 통해 발굴한 여러 단백질 중 항바이러스 효능이 좋은 후보 물질은 치료제가 될 가능성도 있다”고 말했다.

연구실은 최근 세포에서 일어나는 액체 상태 내 상 분리 현상(LLPS·Liquid-Liquid Phase Separation)을 집중적으로 연구하고 있다. LLPS는 세포 안에서 단백질이 자연스럽게 뭉쳤다가 흩어지는 물리적 현상을 말한다. 외부에서 에너지를 가하지 않아도 자발적으로 나타난다. 세포생물학 분야에서는 아주 오래전부터 Membrane-less organelles에 주목하고 있었으나, 이것이 어떻게 만들어지는 지는 잘 알려지지 않았었다. 최근 들어 LLPS가 그 이유라는 것이 밝혀지고 있다. LLPS는 활발하게 연구된 기간이 10년이 채 안 된 신생 분야다. 그런데도 최근 전 세계 세포생물학계는 LLPS가 세포생물학에 대변혁을 일으킬 것이라며 주목하고 있다. LLPS에 세포의 작동 기작을 설명할 열쇠가 담겨 있을 것으로 추정되기 때문이다.

유 교수는 “바이러스 감염과 같은 위급한 상황에서도 세포 내에서 LLPS가 관찰되며, 바이러스의 감염을 조절할 것으로 예상되는 단백질도 LLPS의 성질을 보인다”며 “바이러스가 인체 세포에 침투했을 때 세포 활동을 순간적으로 바꿔 방어 기작을 작동시키는 비밀이 LLPS에 담겨 있고, 이는 곧 치료제나 백신 개발의 실마리를 제공할 수 있다”고 말했다.