세계 두 번째로 이룬 쾌거,
코로나19 진단키트 성능 비교하는 표준물질 개발
- KRISS 미생물분석표준팀&바이오의약품분석표준팀 -

코로나19 바이러스가 전 세계를 덮친 가운데, 국내 연구기관인 한국표준과학연구원(이하 KRISS)에서 세계 두 번째로 표준물질을 개발하는 쾌거를 이뤘다.  

표준물질이 개발되면 코로나19를 진단하는 키트의 성능을 정확하게 비교할 수 있기에 코로나19 양성 판정의 불확실성을 최소화하고, 진단의 효율과 신뢰성을 크게 높일 수 있다.  

시대의 요구에 발 빠르게 대응하고자 미생물분석표준팀과 바이오의약품분석표준팀의 협업으로 진행된 이번 연구는 융합연구의 성과를 보여주는 지표인 동시에 국내 연구팀의 기술 수준이 어느 정도인지를 보여주는 바로미터가 됐다.

코로나19로 시작된 융합 연구
 코로나19 바이러스가 발생하기 시작한 올 초, KRISS 미생물분석표준팀과 바이오의약품분석표준팀은(이하 연구팀) 확산세를 살펴보면서 코로나19 바이러스에 대한 연구의 필요성을 직감했다. 

지난해까지 메르스 바이러스에 대한 연구를 진행하면서 언제 다시 확산될지 모를 감염병 대응력을 키우고 있던 연구팀이었다.  

올 2020년 부터는 사스 바이러스에 대한 연구를 하고자 준비하고 있었기에 코로나19가 확산될 때 보다 발 빠르게 해당 연구를 진행할 수 있었다.

“올 초 코로나19 확산세가 수그러들지 않고 점점 강하게 퍼져나가는 걸 보고, 단독 연구가 아닌 융합연구가 필요하다고 느꼈습니다. 바이오의약품분석표준팀과 미생물분석표준팀이 합류했죠. 두 팀의 협업으로 연구의 외연이 더욱 확장된 셈이에요. 단순히 바이러스 진단을 넘어 더욱 많은 유전자를 커버함으로써 앞으로 언제 어떻게 발생할지 모르는 바이러스 유전자까지 연구할 수 있게 된 거니까요.(김세일 책임연구원)”
 

지난해까지 메르스 바이러스에 대한 연구를 진행했지만, 연구 특성상 연구소 내외적으로 해당 연구에 대한 공감을 얻기는 다소 힘들었던 게 사실이다. 메르스 바이러스가 중동 지역에서 발생한 것이었기에, 한국에서 메르스가 다시 발발하기에는 가능성이 적지않냐는 시각 때문이었다.

“감염병 특성상 불시에 발생하고 한 번 전파되면 큰 파괴력을 갖고 있지만, 발발하기 전까지는 사람들의 관심사에서 멀어져 있기 때문에 바이러스 연구는 사실 주류 연구로 나오는 데 한계가 있었습니다. 그런데 이번 코로나19 바이러스로 인해 감염병과 해당 병원균의 원인이 되는 바이러스 연구의 중요성에 모두가 공감하면서, 학계 내외에서 관심을 받기 시작했죠.(배영경 팀장)”

두 달의 연구, 빠른 성과 가능했던 이유
3~4월 즈음부터 미생물분석표준팀과의 협업이 진행되면서 본격적인 연구를 시작, 약 두 달의 연구 기간을 거쳐 바이오의약품분석표준팀은 세계에서 두 번째로 코로나19 바이러스 유전자 표준물질을 개발할 수 있었다.  

표준물질을 개발하는 데 있어 두 달의 시간은 매우 짧은 시간이다. 헌데 그 시간 내에 이토록 좋은 연구성과가 나올 수 있던 데는 항시 감염병을 연구하는 연구 인력이 존재했기 때문이다.  

또한, 발 빠르게 협업 연구를 진행한 것도 빠른 성과를 얻을 수 있는 요인이 됐다.

▲ 코로나19 바이러스 유전자 표준물질을 설명 중인 연구팀

 “바이오의약품분석표준팀은 평소에도 늘 바이러스에 대해 연구하는 팀이었고, 미생물분석표준팀은 감염병 이슈가 있을 때 더욱 활발하게 연구를 진행하는 곳이다 보니, 두 연구팀이 머리를 맞댄다면 표준물질을 만들 수 있을 거라 생각했어요.  

예상이 적중한 셈이죠. 저희 연구팀이 개발한 코로나19 바이러스 표준물질은 전체 유전체의 약 90%를 포함하고 있습니다. 이는 전체 유전체의 약 10%를 포함하고 있는 중국의 표준물질에 비해 훨씬 더 많은 양의 유전자 정보를 담고 있어요.  

덕분에 바이러스 변이에 빠르게 대응 할 수 있습니다. 현재 코로나19 바이러스는 자체적으로 변종이 많이 발생하고 있어요. 저희가 만든 표준물질의 장점이 바로 여기서 돋보인다고 보면 돼요. 전체 유전체의 약 90%를 커버하기 때문에 변종이 나타난다고 해도 대응이 가능하니까요.(유희민 팀장)”

▲ 표준물질을 개발 중인 배영경 팀장 

▲ 연구팀이 개발한 코로나19 바이러스 표준물질을 전체 유전체의 약 90%를 포함하고 있다.

코로나19는 ‘실시간 유전자 증폭검사(RT-PCR)’를 통해 진단한다. 진단시약 안에 있는 ‘프라이머’라는 물질이 코로나19에만 나타나는 특이 DNA 부위에 달라붙는다. 이를 통해 값이 증폭되면서 양성과 음성이 판정되는데, 진단키트마다 기준값이 다르다는 문제점을 안고 있었다.

“이번 코로나19 바이러스가 전 세계에 퍼졌기 때문에 진단키트를 수급하는 것도 결코 만만치 않았죠. 이런 환경 속에서 현장에서는 매번 같은 키트를 사용하기에 무리가 있는데, 만약 다른 제품을 사용했을 때 양성 여부가 다르게 나타나면 어떤 조치를 취해야 할지 판단이 쉽지 않잖아요. 이때 코로나19 바이러스 유전자에 대한 정확한 정보를 담고 있는 표준물질이 있다면 보다 쉽게 해결할 수 있겠죠.(김세일 책임연구원)”

코로나19 넘어 불확실한 미래 준비할 것
 연구팀이 사용한 방식은 역전사 디지털 중합효소 연쇄반응(Reverse Transcription Digital PCR, RT-dPCR)으로, 이를 이용하면 유전자의 절대 정량이 가능해 검체 내 코로나19 바이러스의 존재 유무뿐만 아니라 개수까지 정확히 추정할 수 있다.  

기존의 실시간 유전자 증폭검사(RT-PCR) 측정이 상대 정량법을 이용한 연구라면 이번에 사용한 디지털 중합효소 연쇄반응(Reverse Transcription Digital PCR, RT-dPCR)은 절대 정량법을 적용한 연구다.

“디지털 중합효소 연쇄반응(Reverse Transcription Digital PCR, RT-dPCR) 진단법을 저희가 새롭게 개발한 건 아니에요. 기존 측정법의 한계와 단점을 이미 알고 있었기에 그것을 보완하고자 국내 전문가분들을 찾아가 개수까지 측정할 수 있는 기술을 접목해 보자고 이야기했죠. 그 결과 지금의 진단법이 생겨났다고 할 수 있습니다.(유희민 팀장)”

▲ 디지털 중합효소 연쇄반응(Reverse Transcription Digital PCR, RT-dPCR) 진단법을 이용한 연구팀

  이번 연구가 다른 연구에 비해 더욱 쉽지 않았던 것은 그 어떤 때보다 촌각을 다투는 연구였기 때문이다.  

세계적으로 이슈가 되고 있는 바이러스인 데다가 감염 여부를 확인하고 관리하는 것이 추후 바이러스 확산세에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 보다 빠른 성과가 필요했다.  

이를 위해 연구팀은 약 두 달의 시간을 꼬박 이 연구에 쏟아부어야 했다.

“표준물질을 빨리 만들어야 한다는 책임감이 매우 컸어요. 때문에 팀원 모두가 두 달 동안 밤낮, 주말과 평일을 가리지 않고 연구소에 붙어 있었죠. 이렇게 모든 것을 쏟아내서 연구할 수밖에 없었어요. 연구 결과가 늦어지면 결국 효용성도 떨어질 테니까요. 저희 네 명의 연구원뿐 아니라 박사후 연구원(Post-Doc)들도 함께 동원돼서 서로 의지하며 거의 하루 24시간 동안 연구에 매달렸습니다. 집에 너무 안 들어가니까 아이들이 ‘엄마 괜찮아?’ 하며 걱정을 해주더라고요.(웃음)(배영경 팀장)”

아무도 예상하지 못했던 팬데믹 상황. 연구팀은 앞으로 미래사회에는 이러한 감염병의 위험이 계속해서 발생할 수 있기에, 이에 대해 긴급히 대응할 수 있는 역량을 키우는 게 중요하다고 강조했다. 

또한, 이번 연구가 그러한 역량을 국민 앞에서 증명한 계기가 된 듯해 뿌듯하다고도 했다. 

“이번 연구를 발판 삼아 협업 연구를 더욱 활발히 진행하고 그것을 통해 다른 바이러스에 대한 표준물질도 개발할 수 있도록 노력하고자 합니다. 팀으로 일하면서 얻은 것들이 많아요. 함께 논의하는 것은 물론, 성과를 내기 위해 파트를 나눠 실험하는 모든 과정을 통해 모두가 긍정적인 영향을 주고받았죠. 지금은 코로나19 바이러스가 주목을 받고 있지만 저희가 DNA나 RNA를 배경으로 하는 다른 감염병 연구도 계속 연구하고 있으니 이에 대해서도 주목해 주시면 좋겠어요. 이 외에도 암 표준물질도 개발 중이에요. 이러한 연구도 관심을 받아 필요한 분들에게 보급되면 좋겠습니다.(이다혜 선임연구원)”

 세계적 연구 역량을 키워 언제 발생할지 모르는 감염병 연구에 빠르게 대응할 수 있도록 노력할 것이라는 연구팀.

불확실한 미래를 바라보며 걷기에 이들의 연구 과정은 불안정할 수밖에 없다.  

그러나 그 안에 미래 세대의 안전이 달려있는 만큼 연구팀의 행보를 주목해야 할 것이다.

▲ 미래 세대의 안전이 달려있는 만큼 뜨거운 열정과 책임감으로 연구에 임하는 연구팀