2021년 4월 18일 현재, 세계적으로 약 1억 4천2백만 명의 SARS-CoV-2 바이러스가 보고되고 있는 반면, 사망률은 3백만 명을 막 넘어섰다. 국립알레르기감염증연구소(NIAID)의 앤서니 파우치 박사는 우리의 가장 관대한 예측이 2021년 말까지 집단 면역력을 예측한다고 단언한다. 하지만, 운송, 저장 및 생산으로 인해 백신 접종률이 주춤하고 있는 상황에서, 이 미래는 아직 멀었다.
중증 급성 호흡기 증후군(SARS)과 중동호흡기증후군(메르스)과 같은 다른 코로나바이러스 변종은 훨씬 더 작은 규모로 비슷한 전염병으로 이어졌다. 오늘날 실험실에 존재하는 생명공학의 등급은 COVID-19 바이러스가 매우 의존하는 세포 기계에 영향을 미칠 수 있다고 믿어진다.
COVID 캡시드의 생리학
코로나바이러스는 인간과 동물에서 발견되는 다양한 일반적인 바이러스를 구성한다. COVID-19 캡시드의 병리학적 구조를 응축하면, 우리는 통합 단백질이 스파이크(S) 단백질, 외피(E) 단백질, 막(M) 단백질 및 뉴클레오 캡시드(N) 단백질이라는 것을 발견한다. 스파이크 단백질은 바이러스의 인지질 이중층의 세포 외 측면을 스탬핑 하는 것으로 발견될 수 있으며, 숙주 세포의 막에 바이러스의 결합을 담당한다. 이러한 스파이크 단백질은 폐, 심장, 신장 및 장에 상주하는 앤지오텐신 변환 효소 수용체 2(ACE2)를 인식하는 수용체 결합 도메인을 포함한다. 스파이크 단백질은 두 개의 기능적 서브유닛을 포함한다. 숙주 세포 수용체에 결합하는 S1과 바이러스와 세포막 사이의 융합을 매개하는 S2이다. 세포 진입에서 이 단백질이 중요한 역할을 하기 때문에, COVID-19의 유전자 치료 및 백신 접종 대상에 특히 초점을 맞추고 있다.
막(M) 단백질은 바이러스 표면에 가장 풍부하며, 바이러스 외피의 모양을 정의한다. 이 단백질은 COVID 조립의 중심 조직으로 불리며, 다른 많은 구조 단백질과 상호작용한다. 엔벨로프(E) 단백질은 여러 역할을 담당하는 주요 구조 단백질 중 가장 작다. 사스와 메르스 연구의 기초 위에 세워진 설명은 바이러스 복제 동안 숙주 세포에서 바이러스를 조립하고 방출하는 (E) 단백질의 작업을 강조한다. 거친 소포체 및 골지 기구와 같은 세포 내 수송과 관련된 세포에 국한된다. 이러한 M&E 단백질은 숙주 세포 장치를 바이러스와 숙주 세포가 새로운 바이러스 입자를 만드는 작업장으로 바꾸는 데 중요한 역할을 한다.
캡시드(바이러스의 유전적 물질을 감싸는 단백질 껍질) 아래에는 핵캡시드 또는 N 단백질이 있다. 이 단백질은 바이러스의 단일 가닥 RNA에 결합되어 있으며, 모든 유전 정보는 복제될 수 있도록 보관되어 있다. N 단백질은 또한 숙주 세포의 많은 방어 메커니즘을 억제하고 바이러스 mRNA가 스스로 복제하는 것을 돕는다.
생명공학: COVID-19의 혈액 응고 표현형 타겟팅
최근 연구에 따르면 고위험 코로나19 환자의 약 30%가 뇌졸중과 돌연사 가능성을 높이는 혈액 응고에 의해 사망한다. 효과적인 혈액 희석제를 확립하기 위해 혈전 심각도와 내피세포 점도를 측정하는 나노기술이 임상시험에서 진행 중이다. 이러한 혈전은 숙주 단백질 분해 효소가 스파이크 단백질의 S1 소단위를 ACE2 수용체로 분해한 후 혈장 막에서 바이러스 이온을 조립하여 발생한다. 스트레스는 주어진 COVID-19 캡시드에서 세포사멸이 일어나 상피 막 내에서 혈전 반응을 일으킨 후 면역 항원에 의해 우리 자신의 면역체계를 통해 유도된다. 심각한 혈액 응고에 대한 신속한 평가는 올바른 혈액 희석제를 결정하여 뇌졸중이나 다른 혈전증으로 인한 위험을 예방할 수 있다.
이러한 캡시드의 표면에서 발견되는 S, E, M 단백질의 구조는 혈장에 의존하여 질병 특이적 코로나를 일으킨다. 이는 질량 분석법을 통해 인식할 수 있는 질병별 생체지표를 만들어 특정 질병 진단을 가능하게 한다. 나노입자 기반 측정은 이러한 나노입자 표면에 관심 있는 단백질을 흡착할 수 있는 방법으로 수행될 수 있다. 이러한 검사는 색상 변경, 전하 등을 통해 식별할 수 있습니다.
피브리노겐, 피브린 또는 인자 VIII 및 인자 XIII 조직 플라스미노겐 활성화제를 사용하여 이러한 코로나를 사전 코팅하는 것은 현재 우리가 이용할 수 있는 생명공학으로 할 수 있다. 이것은 코로나에서 유사한 단백질의 모집을 획기적으로 증가시킬 수 있다. 따라서 피브리노겐, 피브린, 인자 VIII, 인자 XIII, 조직 플라즈 미노겐 활성화제 또는 단백질 Z와 같은 혈전 관련 단백질로 이러한 캡시드를 사전 코팅하면 혈장에서 응고의 가장 미묘한 징후를 신속하게 확인할 수 있다.
항바이러스제
현재 시판되고 있는 COVID-19 백신을 피해, 국립 조정 자원 센터와 다른 뉴잉글랜드 생물학 회사의 연구원들은 몇 가지 유망한 결과를 보여주는 일련의 항바이러스제를 개발했다. 렘데시비르와 같은 뉴클레오타이드 프로드러그는 바이러스 복제를 완전히 억제할 수 있는 바이러스 RNA 중합효소 연쇄 터미네이터를 억제한다. 이러한 약물은 폐의 사스 CoV-2-수준(상부 호흡기 제외)을 감소시키기 위해 투여될 수 있으며, 이는 코로나19 질병 유사성을 개선할 수 있다.
현재 미국인들에게 발행되고 있는 대표적인 약 중 하나는 회복기 혈장 투여이다. 회복된 환자로부터 격리된 이 회복 혈장은 항체의 수동 전달체 역할을 한다. 이러한 항생제는 스파이크 단백질의 S2 서브유닛에 결합하여 상피세포의 ACE2 수용체에 대한 보호를 제공하거나 대식세포를 통해 삼켜지도록 태깅하면서 바이러스를 코팅할 수 있다.
화이자, 모더나 등이 투여하고 있는 인기 백신에 대한 대체 치료법으로서, 이러한 나노 약물과 항바이러스 치료법은 우리의 생활 방식을 크게 변화시킨 COVID-19 바이러스에 대한 보조 방어 메커니즘을 제공할 수 있다.
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