한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)이 국내 최초로 신종 코로나바이러스 감염증 (COVID-19‧코로나19) 델타변이 바이러스 유전자 표준물질 개발에 성공했다고 24일 밝혔다. 이에 의료계, 과학계는 델타변이 바이러스 진단 효율성 및 신뢰성이 향상될 것으로 기대되고 있다.

◆ 연구의 배경에 대하여
2020년부터 전 세계적 유행 중인 코로나19는 그간 알파, 베타, 감마, 델타 등이 주요변이로 지정됐다. 그러나 현재는 검출되는 대부분의 코로나19 바이러스가 델타변이이며, 국내 또한 유사한 상황이다. 코로나 19 바이러스 변이에 대한 표준물질 계획은 2020년 연말에 주요변이가 등장한 후에 2021년 연초에 수립되어 모든 주요 변이에 대해 개발이 진행되었다.

그러나 델타 변이의 발견 및 급속한 확산으로 인해 대내외적으로 델타변이 표준물질에 대한 요구가 크게 증가하였으며, 기존에 사용되었던 진단법이 델타변이에도 효과적으로 적용되는지 평가가 필요했다. 또한 앞으로 개발될 진단법 역시 델타변이를 효과적으로 진단할 수 있어야 하므로, 델타변이 표준물질의 필요성이 크게 증가한 상황이었다.

이에 한국표준과학연구원 연구팀은 국내에서 분리된 델타 변이주를 배양하여 유전체 RNA를 추출했으며, 확보된 디지털 PCR을 이용해 개별 유전자를 정량해 이를 특성값으로 하는 표준물질을 제조에 성공했다.

◆ SARS-CoV-2 RNA 표준물질의 제조

2020년도에 제작된 표준물질은 우한에서 처음 분리된 최초분리주의 유전체 염기서열 정보를 바탕으로 유전자 합성을 통해 전체 유전체의 90%에 해당하는 염기서열을 확보해 이를 주형으로 하여 시험관 내 전사 과정을 통해 RNA를 합성했다.

이번에 제작된 표준물질은 국내에서 분리된 델타 변이주를 배양하여 유전체 RNA를 추출하였다. 이렇게 확보된 RNA를 디지털 PCR을 이용하여 개별 유전자를 정량한 후 이를 특성값으로 하는 표준물질 제조에 성공했다.

◆ 우한 최초 분리주와 델타변이주의 비교

위 그림은 표준물질 제조에 사용된 델타 변이주의 유전체 염기서열과 동일한 서열을 우한 최초 분리주의 유전체 염기서열과 비교한 것이다. 총 34개의 핵산 변이와 27개의 아미노산 변이 및 4개 아미노산의 결여(deletion)가 있음이 확인되었으며, 사태 초기에 WHO에서 공유된 RT-qPCR 진단법 중에서 독일의 샤리테(Charité) 대학과 중국의 질병예방통제센터에서 공개한 프라이머 부분에 변이가 있음을 보여주고 있다.

◆ SARS-CoV-2 RNA 주요변이주 스파이크 단백질의 변이정보

주요 변이주 스파이크 단백질 상의 대표적인 주요변이를 나타내고 있으며, 스파이크 단백질 이외에 다른 부위에도 다양한 변이가 발견되고 있어 이러한 변이가 기존 진단법의 정확성에 영향을 미칠 수 있다.

◆ 델타변이 표준물질 개발 연구 성과의 의미
이번 표준물질은 2020년에 개발된 코로나19 바이러스 유전자 표준물질에 이어, 급격히 확산 중인 델타변이 바이러스에 대응하기 위해 긴급 개발됐다. 또한 현재 사용 중이거나 개발 중인 진단키트의 제품개발 및 평가에도 사용될 수 있으며, 델타변이 진단의 효율과 신뢰성을 크게 향상시킬 것으로 기대를 모으고 있다.

유전자 합성을 통해 제작한 기존의 표준물질과 달리, 실제 바이러스를 배양한 것이 특징인데, 전체 유전체를 100% 포함하고 있어 코로나19 바이러스 유전체 분석법 개발에도 활용 가능할 것으로 보인다. 또한 공통된 표준물질을 사용함으로써 국내 개발 진단키트의 성능을 객관적으로 보여줄 수 있고, 국산 진단키트의 수출에도 기여할 수 있을 것으로 전망된다.

“델타변이 대한 표준물질은 국가측정표준기관 중에는 KRISS가 최초로 제작했다. 이번 표준물질은 양성/음성 판정 기준의 정확성을 높여 진단 신뢰성을 향상시키고, 유전체 분석법의 민감도와 정확성도 평가할 수 있다”(KRISS 미생물분석표준팀 김세일 책임연구원)

한편, KRISS 주요사업 및 국가과학기술연구회 융합연구단 사업의 지원을 받은 이번 표준물질의 측정에 사용된 기술은 저널 오브 마이크로바이올로지 앤드 바이오테크놀로지 (Journal of Microbiology and Biotechnology)와 인터내셔널 저널 오브 몰레큘러 사이언스 (International Journal of Molecular Science)에 온라인 게재되었다.