뱀독 모방한 청색기술로 주요 신경독 중화시키는 만능 해독제 개발

최근 연구자들이 남아시아, 동남아시아, 아프리카의 네 가지 치명적인 뱀 종에서 생성되는 주요 유형의 신경 독소를 무력화할 수 있는 강력한 항체를 발견했다. 이는 전 세계 200여 종의 위험한 독사에 사용할 수 있는 해독제가 될 것으로 보인다.

국제학술지 '사이언스중개의학(Science Translational Medicine)' 21일자에 실린 항체에 관한 논문의 공동 저자인 영국 리버풀열대의과대의 독소학자 니콜라스 케이스웰은 "우리는 여기서 신경독의 주요 하위 클래스를 없애고 있다"라며, "이것은 단일 항체로 달성할 수 있다는 측면에서 정말 획기적인 진전이라고 생각한다"고 밝혔다.

뱀독은 신경 세포, 혈액 응고 또는 조직을 표적으로 하는 수십 또는 수백 가지 화합물의 혼합물로, 전 세계적으로 매년 약 81,000~138,000명이 사망하고 수십만 명이 장애를 입고 있다. 표준 치료법은 말이나 양에서 채취한 항체에 치사량 미만의 독을 주입하는 항독제 뿐이다. 인도과학연구소의 진화독성학 연구소장이자 논문 제1저자인 카르틱 수나가르(Kartik Sunagar)는 이러한 약물이 생명을 구하지만 "해독제는 수많은 문제를 안고 있다"고 말한다.

우선, 뱀의 독은 종마다 매우 다양하기 때문에 어떤 종에 물렸는지에 따라 치료법이 달라지며, 이는 항상 알 수 있는 것이 아니다. 수나가르의 연구팀은 단세포 코브라(Naja kaouthia))에 물린 후 사용하는 해독제가 인도의 일부 지역에서는 거의 효과가 없다는 사실을 발견했다.

많은 해독제가 같은 지역의 여러 뱀에 대해 작용하도록 만들어졌기 때문에 서로에 대해 상대적으로 약하다는 것을 의미한다. 예를 들어 아프리카에서 널리 사용되는 한 해독제는 블랙 맘바뱀(Dendroaspis polylepis)에 물린 사람 7명 중 1명은 구하지 못한다. 수십 병의 약을 투여했음에도 불구하고 사망하는 사람들이 발생하고 있다.

또한 이러한 약물은 동물 단백질로 만들어지기 때문에 생명을 위협하는 아나필락시스를 비롯한 면역 부작용을 일으킬 수 있다. 그렇기 때문에 의사들은 뱀에 물린 환자가 증상이 나타날 때까지 기다렸다가 해독제를 투여하는 경우가 많지만, 연구에 참여하지 않은 덴마크공과대의 독소학자 안드레아스 라우스트센-키엘은 "뱀에 물린 사고는 시간과의 싸움이며, 해독제를 빨리 투여할수록 임상 결과가 더 좋아진다"고 말한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 진화독성학 연구소의 카르틱 수나가르는 웰컴 트러스트 재단이 자금을 지원하는 컨소시엄의 일원으로 스크립스 리서치(Scripps Research)의 단백질 공학 전문가인 케이스웰 및 조셉 자딘과 협력했다. 자딘 연구팀은 실험실에서 배양한 세포가 긴 사슬 세 손가락의 알파 신경독(3FTx-L)으로 알려진 많은 뱀독에서 영감을 얻은 청색기술을 활용해 핵심 성분의 합성 버전을 생산하도록 했다.

이 독소는 주요 신경전달물질에 반응하는 신경세포의 능력을 차단하여 마비를 일으킨다. 그런 다음 연구팀은 독에 노출된 동물의 면역 체계가 만들어낼 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 약 1,000억 개의 인공 인간 항체를 실험하여 어떤 항체가 독소에 가장 잘 결합하는지 알아냈다. "정말 거대한 건초 더미에서 바늘 찾기와도 같다"고 자딘은 말했다. 연구진은 결국 수십 개의 유망한 후보를 찾아냈다.

이 항체들은 케이스웰 연구팀에 보내져 독소로부터 인간 세포를 얼마나 잘 보호하는지 테스트했다. '95Mat5'라고 불리는 항체가 가장 우수한 성능을 보였고, 연구팀은 이 항체가 왜 그렇게 잘 작동하는지 그 이유도 알아냈다: 이 항체는 동남아시아의 많은 줄무늬크라이트(Bungarus multicinctus) 뱀독에 있는 알파-붕가로톡신(알파 3FTx-L)에 결합하는데, 이 독소가 인간의 신경 및 근육 세포의 이온 채널과 정확히 같은 지점에 결합하기 때문이다.

95Mat5가 동물을 보호하는지 알아보기 위해 수나가르 연구팀은 해독을 테스트하는 표준 방법인 항체와 혼합된 알파-붕가로토 독소를 5마리의 쥐 그룹에 주입했다. 그 결과 모든 생쥐가 생존했다. 또한 95Mat5는 최소 40가지 이상의 독소를 함유하고 있는 것으로 알려진 같은 크레이트 종의 독을 전부 주입한 쥐에게도 독을 주입한 지 20분 후에 투여했을 때에도 생존했다. 단세포 코브라와 검은 맘바의 독도 마찬가지였다. 수나가르는 "6년 전에 제가 물렸다면 단 하나의 독소만 표적으로 삼아 뱀 독을 무력화할 수 있다고 생각하는 것은 미친 소리라고 했을 것"이라고 말했다.

이 항체는 인도 아대륙, 중국 남부, 동남아시아에서 발견되는 킹코브라(Ophiophagus hannah) 독으로부터 쥐를 보호하지는 못했지만 죽음을 지연시키는 데는 성공했다.

뱀 독에 대한 항체를 개발 중인 라우스트센-키엘은 특히 악명 높은 큰 맘바뱀의 독이 무력화된 것은 놀라운 일이라며 "이는 좋은 항체라는 사실을 말해준다"고 흐뭇해 했다.

95Mat5는 3FTx-L에 그다지 효과적이지 않은 기존 항독을 보완할 수 있다고 케이스웰과 자딘은 말한다. 또한 이 항체는 인체에서 만들어졌기 때문에 원치 않는 부작용을 일으킬 가능성도 적다. 그러나 주로 저소득 및 중간 소득 국가에서 발생하는 뱀 물림은 방치된 건강 문제이며, 누가 항체의 추가 개발 및 생산에 자금을 지원할지 명확하지 않다. 라우스트센-키엘은 "다음 단계는 아마도 과학 기술보다는 경제, 전략적 결정, 의료 시스템의 우선순위에 의해 결정될 것"이라고 말한다.

자딘은 연구팀이 다른 종류의 강력한 뱀독에 대해서도 동일한 발견 과정을 따를 계획이라고 말하고 있다. 그들의 먼 희망은 지구상의 모든 위험한 뱀독을 중화시키는 항체 칵테일을 만드는 것이다. 자딘은 "더 이상 수백 가지의 해독제를 비축할 필요가 없을 것"이라며 "하나의 범용 해독제만 비축하면 된다"고 말했다.