말라리아의 핵심을 쏴라 | 최첨단 연구 소개 Infinity

말라리아 원충의 게놈 전체를 아우르는 단백질 연구.

말라리아는 ‘모기(Aedes aegypti라는 특수 모기)에 물려 감염되는 작은 진핵 생물에 의한 전염병이다. 주요 증상은 발열, 빈혈 등이며, 연간 약 2억 5,000만 명이 감염되고 60만 명이 목숨을 잃는다. 말라리아는 모기 안에서 유성생식을 하는 ‘모기 기생충’이며, 인간은 말하자면 ‘목장’과 같은 존재다. 그림은 말라리아의 생애주기를 나타낸 것이다. 모기의 타액과 함께 체내로 들어온 흡혈모기는 간을 감염시키고, 12일 정도 지나면 적혈구를 감염시키는 멜로조이트로 변해 혈액으로 배출된다. 이 기간 동안 자각증상은 전혀 없다. 메로조이트는 적혈구를 감염시켜 48시간 동안 20배로 증식하는 것을 반복한다. 그러면 적혈구가 파괴되어 발열과 빈혈이 발생한다. 생식 모체가 모기에 흡혈되어 모기의 장에서 유성생식을 한다.

말라리아 치료에는 화학요법이 사용되며, 조기에 적절한 치료를 받으면 사망에 이르는 경우가 많지 않다(물론 어려운 일이지만). 하지만 약제 내성 말라리아 원충이 출현하고 있어 새로운 대책이 필요하게 되었습니다. 그래서 새로운 ‘말라리아 백신’과 ‘진단법’의 개발이 요구되고 있습니다.

연구 개요

일본에서는 말라리아가 유행하지 않기 때문에 여러분은 감염된 적이 없을 것입니다. 지구 온난화가 진행되면 일본에서 말라리아가 유행하게 될까요? 열대병이라는 이미지가 있는 말라리아이지만, 전쟁 전 일본에서는 홋카이도에서도 둔전병이 감염된 것으로 알려져 있습니다. 현대 일본에서 말라리아가 유행하지 않는 것은 아시아 말라리아가 서식하는 지역이 산기슭의 계곡 등에 한정되어 있기 때문입니다. 같은 이유로 태국에서도 방콕과 같은 도시 지역에서는 말라리아가 거의 발생하지 않습니다. 따라서 지구 온난화의 영향으로 일본에서 말라리아가 유행할 가능성은 낮다고 볼 수 있습니다.

그렇다면 왜 말라리아의 위험이 매우 낮은 일본에서, 그것도 에히메대학에서 말라리아 연구를 하는 것일까? 그것은 에히메대학에서 확립한 ‘밀 무세포 단백질 합성 시스템’이 말라리아 연구와 매우 잘 맞기 때문이다. 말라리아 원충의 단백질은 매우 특수해서 대장균이나 사람의 세포를 이용해도 재조합 단백질을 발현할 수 없습니다. 하지만 밀 무세포계에서는 대부분의 경우 말라리아 재조합 단백질을 합성할 수 있습니다. 그래서 저는 이를 최대한 활용해 ‘4,000종의 말라리아 원충 단백질 어레이’, ‘600종의 항말라리아 원충 토끼-마우스 항체 라이브러리’ 등 세계 최대 규모의 바이오 리소스를 구축했습니다. 이를 잘 활용하면 우리만 알 수 있는 ‘말라리아의 핵심’을 속속들이 밝혀내고 있습니다.

말라리아 백신

2021년 10월 6일(수), 드디어 세계보건기구(WHO)가 40여 년의 시간을 들여 개발한 최초의 말라리아 백신을 승인했지만, 말라리아 중증도를 30% 정도만 막아주는 효과가 있어 더 효과적인 백신을 개발해야 한다는 사실이 밝혀졌다. 말라리아 백신 개발의 어려움을 보여주는 좋은 예라고 생각합니다. 말라리아 원충에는 5,500개의 유전자가 있는데(참고로 신종 코로나바이러스는 10가지 정도밖에 없습니다), 5,500개의 유전자에서 합성되는 단백질 중 어떤 것이 말라리아 백신에 적합한 항원이 될 수 있을까요? 그래서 우리는 그것들을 가능한 한 모두 테스트해보는 ‘승부수’를 던졌다. ‘600종의 항말라리아 원충 토끼 항체 라이브러리’를 테스트한 결과, PfRipr이라는 새로운 말라리아 백신 항원을 찾는 데 성공했고, 단백질 공학을 통해 백신 항원으로 최적화하여 PfRipr5라는 이름을 붙였습니다. 2세대 말라리아 백신 후보로 주목받고 있습니다.

말라리아 진단법

유행국가의 주민이 반복적으로 감염 및 치료를 받으면 말라리아에 감염되어도 증상이 나타나지 않는다. 이런 사람은 자신이 감염된 것을 알지 못해 말라리아 유행의 원인이 된다. 이러한 ‘무증상 감염자’를 효율적으로 찾아내고 치료하기 위해서는 새로운 항체 검사법의 확립이 필요하다. 현재 가나, 부르키나파소, 케냐, 파푸아뉴기니, 태국 등 전 세계 유행지역에서 혈청을 기증받고 있다. 자체 개발한 고속, 고감도 항체역가 측정 시스템을 이용하여 ‘4,000여 종의 말라리아 원충 단백질’에서 말라리아 진단에 유용한 항원을 탐색하고 있습니다. 우리의 측정시스템은 기존 기술보다 감도와 재현성에서 압도적으로 우위에 있으며, 앞으로 더욱 다양한 활용을 계획하고 있습니다.

연구의 특징

바이러스 감염에서는 쉽게 답할 수 있는 질문에 말라리아 연구자들은 답을 찾지 못했다. 예를 들어, 신종 코로나바이러스의 경우 S단백질에 대한 항체가 중요한 것으로 알려져 있는데, 말라리아의 경우는 어떨까요? 말라리아에 감염되면 어떤 항원에 대한 항체가 가장 많이 생성될까? 그리고 그것이 말라리아 감염 차단에 기여하는 것일까? 세계에서 우리만이 이 질문에 답할 수 있습니다. 흥미롭지 않으신가요?

연구의 매력

약 10년에 걸쳐 독자적인 바이오 자원과 이를 충분히 활용할 수 있는 특수한 실험 시스템을 다듬어 왔습니다. 이제 그 결실을 맺어 전 세계 연구자들과 활발하게 공동연구를 진행하고 있다. 언어와 전문 분야가 다른 여러 그룹이 참여하는 온라인 회의를 매일 밤마다 개최하며 한 발짝이라도 더 나아가기 위해 노력하고 있습니다. 이런 ‘다학제적’ 측면이 제가 생각하는 ‘말라리아학’의 매력이라고 생각합니다. 여러분도 문화와 언어, 전문 분야를 뛰어넘어 다양한 사람들과 교류하고 싶지 않으신가요? 관심이 있으신 분은 꼭 연락 주시면 감사하겠습니다. 참고로 말라리아학(malariology)은 제가 만든 용어가 아니라 1900년경부터 사용되기 시작한 유서 깊은 학문의 한 분야입니다.