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DNA로 만든 속이 빈 나노 물체는 바이러스를 잡아 무해하게 만들 수 있다. 삼각형의 가장자리에 있는 바인딩 지점을 다양하게 함으로써 팀의 과학자들은 닫힌 속이 빈 구뿐만 아니라 구멍이나 반쪽 껍질이 있는 구도 만들 수 있다. 그런 다음 바이러스 트랩으로 사용할 수 있다.

박영숙세계미래보고서저자 | 기사입력 2021/07/26 [11:04]

DNA로 만든 속이 빈 나노 물체는 바이러스를 잡아 무해하게 만들 수 있다. 삼각형의 가장자리에 있는 바인딩 지점을 다양하게 함으로써 팀의 과학자들은 닫힌 속이 빈 구뿐만 아니라 구멍이나 반쪽 껍질이 있는 구도 만들 수 있다. 그런 다음 바이러스 트랩으로 사용할 수 있다.

박영숙세계미래보고서저자 | 입력 : 2021/07/26 [11:04]

 

 
내부에 바이러스 결합 분자가 늘어서 있는 DNA 물질로 만들어진 나노 껍질은 바이러스를 단단히 결합하여 무해하다.

뮌헨공과대학

재까지 대부분의 바이러스 감염에 대한 효과적인 해독제는 없다. 뮌헨공과대학(TUM)의 학제간 연구팀은 이제 새로운 접근 방식을 개발했다. 즉, DNA 종이접기 방법을 사용하여 유전 물질에서 맞춤화된 나노캡슐로 바이러스를 삼키고 중화하는 것이다. 이 전략은 이미 세포 배양에서 간염 및 아데노 관련 바이러스에 대해 테스트되었다. 코로나바이러스에 대해서도 성공할 수 있다.

위험한 박테리아에 대한 항생제는 있지만 급성 바이러스 감염을 치료하는 해독제는 거의 없다. 일부 감염은 백신접종으로 예방할 수 있지만 새로운 백신을 개발하는 것은 길고 힘든 과정이다.

현재 뮌헨공과대학, Helmholtz Zentrum München 및 Brandeis 대학(미국)의 학제간 연구팀은 급성 바이러스 감염 치료를 위한 새로운 전략을 제안하고 있다. 바이러스를 가두어 무해하게 만들 수 있는 유전 물질이다.

DNA 나노구조

코로나 바이러스의 새로운 변종이 세상을 멈추기 전에도 뮌헨공과대학 물리학과의 헨드릭 디에츠(Hendrik Dietz) 교수와 그의 팀은 스스로 조립되는 바이러스 크기의 물체를 만드는 작업을 하고 있었다.

1962년 생물학자 Donald Caspar와 생물물리학자 Aaron Klug는 바이러스의 단백질 외피가 만들어지는 기하학적 원리를 발견했다. 이러한 기하학적 사양을 바탕으로 미국 브랜다이스대학의 세스 프라든(Seth Fraden)과 마이클 헤이건(Michael Hagan)의 지원을 받아 뮌헨공과대학의 헨드릭 디에츠(Hendrik Dietz) 주변 팀은 바이러스 크기의 인공 중공체를 생산할 수 있는 개념을 개발했다.

2019년 여름, 연구팀은 이러한 속이 빈 몸체를 일종의 '바이러스 트랩'으로도 사용할 수 있는지 물었다. 내부에 바이러스 결합분자가 줄지어 있으면 바이러스를 단단히 결합하여 순환에서 제거할 수 있어야 한다. 그러나 이를 위해 속이 빈 몸체에는 바이러스가 껍질 속으로 들어갈 수 있는 충분히 큰 구멍이 있어야 한다.

"당시 우리가 DNA 종이접기 기술을 사용하여 만든 물체 중 그 어떤 것도 전체 바이러스를 삼킬 수 없었다. 너무 작았다."라고 Hendrik Dietz는 회고한다. "이 크기의 안정적인 중공 본체를 만드는 것은 큰 도전이었다."

바이러스 트랩용 키트

20개의 삼각형 표면으로 구성된 물체인 20면체의 기본 기하학적 모양에서 시작하여 팀은 3차원 삼각형 플레이트에서 바이러스 트랩용 중공 몸체를 만들기로 결정했다.

DNA 플레이트가 더 큰 기하학적 구조로 조립되려면 가장자리가 약간 비스듬해야 한다. 가장자리의 바인딩 지점을 올바르게 선택하고 위치를 지정하면 패널이 원하는 개체에 자체 조립된다. 비디오는 열린 나노 쉘의 cryo-EM 3D 재구성을 보여준다.

DNA 플레이트가 더 큰 기하학적 구조로 조립되려면 가장자리가 약간 비스듬해야 한다. 가장자리의 바인딩 지점을 올바르게 선택하고 위치를 지정하면 패널이 원하는 개체에 자체 조립된다.

Hendrik Dietz는 "이러한 방식으로 삼각형 판의 정확한 모양을 사용하여 원하는 물체의 모양과 크기를 프로그래밍할 수 있다. 이제 우리는 최대 180개의 서브유닛으로 물체를 생산하고 최대 95%의 수율을 달성할 수 있다. 그러나 그곳으로 가는 길은 많은 반복이 있어 상당히 험난했다.”

바이러스를 안정적으로 차단

삼각형의 가장자리에 있는 바인딩 지점을 다양하게 함으로써 팀의 과학자들은 닫힌 속이 빈 구뿐만 아니라 구멍이나 반쪽 껍질이 있는 구도 만들 수 있다. 그런 다음 바이러스 트랩으로 사용할 수 있다.

TUM의 바이러스 연구소 소장이자 Helmholtz Zentrum München의 바이러스 연구소 소장인 Ulrike Protzer 교수 팀과 협력하여 팀은 아데노 관련 바이러스와 B형 간염 바이러스 코어에서 바이러스 트랩을 테스트했다.

Hendrik Dietz는 "적절한 크기의 단순한 반쪽 껍질조차도 바이러스 활동의 측정 가능한 감소를 보여줍니다."라고 말합니다. "예를 들어 적절한 항체와 같이 바이러스에 대한 5개의 결합 부위를 내부에 배치하면 이미 바이러스를 80% 차단할 수 있고 더 많이 통합하면 완전한 차단을 달성할 수 있다."

연구팀은 DNA 입자가 체액에서 즉시 분해되는 것을 방지하기 위해 완성된 빌딩 블록에 자외선을 조사하고 외부를 폴리에틸렌 글리콜과 올리고리신으로 처리했다. 따라서 입자는 24시간 동안 마우스 혈청에서 안정하였다.

보편적인 구성 원리

이제 다음 단계는 살아있는 쥐의 빌딩 블록을 테스트하는 것이다. 우리는 이 물질이 인체에도 잘 견딘다고 확신한다."라고 Dietz는 말한다.

“박테리아에는 신진대사가 있다. 우리는 다른 방식으로 그들을 공격할 수 있다.”라고 Ulrike Protzer 교수는 말한다. “반면에 바이러스는 자체 신진대사가 없기 때문에 항바이러스제는 거의 항상 단일 바이러스의 특정 효소를 표적으로 삼는다. 그러한 발전에는 시간이 걸린다. 단순히 기계적으로 바이러스를 제거한다는 아이디어가 실현될 수 있다면 이것은 널리 적용할 수 있고 따라서 특히 새로 출현하는 바이러스에 중요한 돌파구가 될 것이다.

바이러스 트랩의 출발 물질은 합리적인 비용으로 생명 공학적으로 대량 생산될 수 있다. "제안된 신청서 외에도 바이러스트랩, 우리의 프로그래밍 가능한 시스템은 또한 다른 기회를 창출한다.”라고 Hendrik Dietz는 말한다. "또한 백신 접종을 위한 다가 항원 운반체, 유전자 치료를 위한 DNA 또는 RNA 운반체 또는 약물의 운반 수단으로 사용하는 것도 생각할 수 있다."

Phys.org를 통해

 
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