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[바이오토픽] 코로나바이러스의 현재진행형 변이: 유의미할까, 무의미할까?
생명과학 양병찬 (2020-09-09)

상이한 SARS-CoV-2 주(strain)들이 지금까지는 팬데믹의 과정에 영향을 미치지 않았다. 그러나 미래에도 그러리라는 보장은 없다.
 

코로나바이러스의 현재진행형 변이: 유의미할까, 무의미할까?


올해 COVID-19가 전 세계에 확산되고 있을 때, 데이비드 몬테피오리는 '팬데믹의 배후에 있는 치명적 바이러스가 이 사람에서 저 사람에게로 옮겨 가면서 어떻게 변화할까?'라는 의문을 품었다. 그는 바이러스학자로서, 경력의 상당부분을 'HIV의 우연한 변이(chance mutation)가 면역계를 회피하는 데 어떻게 기여하는지'를 연구하는 데 할애해 왔는데, SARS-CoV-2의 경우에도 똑같은 일이 일어날 거라고 생각했다.

지난 3월, 듀크 대학교(노스캐롤라이나주 더럼 소재)에서 에이즈 백신 연구를 지휘하는 몬테피오리는 HIV 진화(HIV evolution)의 전문가인 동시에 오랜 협력자인 베테 코버와 접촉했다. 뉴멕시코주 산타페 소재 로스앨러모스 국립연구소(LANL: Los Alamos National Laboratory)의 계산생물학자인 코버는 전 세계를 누빈 바이러스의 속성을 바꿨을지도 모르는 변이를 찾아내기 위해, 수천 개에 달하는 코로나바이러스의 유전자 시퀀스를 이미 샅샅이 뒤진 상태였다.

HIV와 비교할 때, SARS-CoV-2는 확산되는 과정에서 훨씬 더 천천히 변화하고 있다. 그러나 코버의 눈길을 끈 변이가 하나 있었으니, 바로 스파이크 단백질(바이러스 입자의 세포내 침투를 돕는 단백질)을 코딩하는 유전자에 일어난 변이였다. 코버가 보기에, 그 변이는 COVID-19 환자들에게서 채취한 샘플에서 반복적으로 나타났다. 변이의 내용은 "스파이크 단백질의 아미노산 서열에서 614번째 되는 곳에서, 아스파르트산(생화학에서 쓰는 약자는 D임)이 글리신(G)으로 대체된 것"이었는데, 그 원인은 "29,903개의 문자로 이루어진 바이러스의 RNA 코드에서 단일 뉴클레오타이드를 변형시킨 복제오류(copying fault)"였다. 바이러스학자들은 그것을 「D614G 변이」라고 부르고 있었다.

지난 4월, 코버와 몬테피오리 등은 《bioRxiv》 서버에 업로드한 출판전 논문에서(참고 1) "D614G의 빈도가 ‘우려할 만한’ 속도로 증가하고 있다"고 경고했다. 그것은 유럽에서 '지배적인 SARS-CoV-2 계열'로 신속히 자리 잡은 다음, 미국·캐나다·호주를 장악한 상태였다. "D614G는 「고전염성(more transmissible form) SARS-CoV-2」의 전형적 특징이며, 자연선택의 산물로 등장했다"고 그들은 말했다.

그들의 주장은 많은 과학자들을 당혹시켰다. "'D614G 바이러스 계열의 전염성이 높은지' 또는 '그 빈도의 증가가 특이사항을 시사하는지' 여부는 불분명하다"고 그들은 말했다. 그러나 코버와 몬테피오리의 경고는 언론을 통해 급속도로 확산되었다. 많은 언론에서는 연구자들의 부정적 논평을 덧붙였지만, 일부 언론에서는 '바이러스가 더욱 위험해지고 있다'고 대문짝만 하게 썼다. 몬테피오리는 그때를 돌이켜 보며, 그 변이체의 증가를 "우려할 만한"이라고 기술한 것을 후회했다. 그래서 지난 7월 《Cell》에 실린 동료심사 버전(참고 2)에서는 그 단어를 삭제했다.

코버와 몬테피오리의 연구를 계기로, D614G에 대한 관심이 급증했다. '그 변이가 바이러스의 속성을 바꿨다'는 주장에 회의를 표명하는 사람들조차 '그 변이가 흥미롭다'는 데 동의했다. 왜냐하면 혜성처럼 등장하여 도처에 만연하기 때문이다. 지난 몇 달 동안, D614G 바이러스 계열은 거의 모든 '시퀀싱된 SARS-CoV-2 샘플'에서 발견되었다. "그 변이체는 이제 팬데믹이 되었다." 예일 공중보건대학원(코네티컷주 뉴헤이븐 소재)의 네이선 그루바우(바이러스역학)와 두 명의 동료들은 《Cell》에 기고한 「코버와 몬테피오리의 발견에 관한 에세이」에서 이렇게 말했다(참고 3). "결과적으로, 그 속성은 중요하다."

글로벌 확산

지난 6월말 현재, D614G 변이는 전 세계에서 채취된 거의 모든 SARS-CoV-2 샘플에서 발견되었다.


(이미지를 누르시면, 원본 이미지를 보실 수 있습니다. )

지금까지 'D614G 연구'의 최종적 결과는 몬테피오리와 코버가 출판전 논문에서 제안했던 것만큼 명확하지 않다. 어떤 실험에서는, 그 변이를 보유한 바이러스가 세포를 더 쉽게 감염시킨다고 제안했다. 다른 연구에서는 '어쩌면 희소식'을 전했는데, 그 내용인즉 "그 변이가 백신으로 하여금 SARS-CoV-2를 더 쉽게 겨냥하도록 해 준다"는 것이다. 그러나 많은 과학자들은, 'D614G가 바이러스의 확산에 유의미한 영향을 미쳤다'거나 '자연선택이 그 흥기(興起)를 설명한다'는 주장을 입증하는 확고한 증거가 없다고 말한다. "최종판결은 아직 나오지 않았다"고 노스캐롤라니아 대학교 채플힐 캠퍼스의 티모시 시헌(코로나바이러스학)은 말했다. "그 변이는 유의미할 수도 있고, 무의미할 수도 있다."

연구자들은 아직까지 '코로나바이러스의 변이'에 대해 답변을 하기보다는 의문을 더 많이 제기했다. 그리고 공중보건에 대한 우려를 증가시킬 만한 변이를 발견한 사람은 아무도 없다. 그러나 변이를 디테일하게 연구하는 것은 팬데믹을 통제하는 데 중요할 수 있을 뿐만 아니라, '가장 우려되는 변이'(바이러스로 하여금 면역계·백신·항체요법을 회피하도록 도와주는 변이)를 미연에 방지하는 데 도움이 될 수 있다.

느려 터진 변이

중국에서 SARS-CoV-2가 탐지된 직후, 연구자들은 바이러스 샘플을 분석하여 유전자 코드를 온라인에 포스팅하기 시작했다. 많은 변이들—그중 대부분은 상이한 사람들에서 채취된 바이러스들 간의 단일문자 변화(single-letter alteration)다—덕분에, 연구자들은 근연관계에 있는 바이러스들을 연결 지음으로써 바이러스의 확산을 추적하고, SARS-CoV-2가 인간을 처음 감염시킨 시기를 추정할 수 있었다.

유전체를 RNA에 코딩하는 바이러스들—SARS-CoV-2, HIV, 인플루엔자—은 숙주 안에서 복제될 때 변이를 신속히 획득하는 경향이 있다. 왜냐하면 RNA를 복제하는 효소가 오류를 범할 가능성이 높기 때문이다. 예컨대 SARS는 인간 사이에서 전파된 후 결실(deletion)이라는 변이를 얻었는데, 이것이 SARS의 확산을 늦추는 데 기여한 것으로 보인다(참고 4).

그러나 시퀀싱 데이터에 따르면, 코로나바이러스는 대부분의 다른 RNA 바이러스들보다 느리게 변화한다. 그 이유는 아마도 (잠재적으로 치명적인 복제 오류를 바로잡는) 교정효소(proofreading enzyme) 때문인 것으로 보인다. "전형적인 SARS-CoV-2는 한 달에 겨우 2개의 단일문자변이를 축적하는데, 이는 인플루엔자의 약 절반, HIV의 1/4에 해당하는 속도다라고 스위스 바젤 대학교의 에마 호드크로프트(분자역학)는 말했다.

다른 유전체 데이터들—지금까지 90,000개 이상의 분리체들이 시퀀싱되어 일반에 공개되었다(www.gisaid.org)—에서도 이 같은 안정성이 확인되었다. "세계 어느 곳에서 수집된 두 개의 SARS-CoV-2를 비교해도, 29,903개 문자 중에서 차이가 나는 건 겨우 10개뿐이다"라고 유니버시티칼리지런던(UCL)의 뤼시 판 도르프(계산유전학)는 말했다. 그녀는 '변이가 진화적 이점(evolutionary advantage)을 제공한다'는 징후를 포착하기 위해 차이를 추적하고 있다.

바이러스의 느려 터진 변이율에도 불구하고, 연구자들은 SARS-CoV-2의 유전체에서 12,000여 개의 변이 목록을 작성했다. 그러나 과학자들이 변이를 '이해하는 속도'는 '발견하는 속도'를 따라잡지 못하고 있다. 많은 변이들은 바이러스의 확산 및 질병초래 능력에 영향을 미치지 않는다. 왜냐하면 단백질의 형태를 바꾸지 않으며, 설사 바꾸더라도 바이러스에 이롭기보다는 해로울 가능성이 더 높기 때문이다. "뭔가를 수리하는 것보다, 부수는 게 훨씬 더 쉽다"라고 호드크로프트는 말했다. 그녀는 「넥스트스트레인(Nextstrain)」(https://nextstrain.org/)의 일원으로, SARS-CoV-2의 유전체를 실시간으로 분석하고 있다.

코로나바이러스변이총정리

원본: 참고 5

많은 연구자들의 생각은 '만약 어떤 변이가 바이러스의 더욱 신속한 확산에 도움이 됐다면, 그것은 초창기에(인간에게 최초로 점프할 때, 또는 사람들 사이에서 효율적으로 이동하는 능력을 획득했을 때) 일어났을 것'이라는 것이다. 지구상의 모든 사람들이 바이러스에 취약했던 시절, '바이러스가 더 잘 확산되어야 한다'는 진화압력은 거의 존재하지 않았을 것이다. 그러므로 심지어 '잠재적으로 유익한 변이'일지라도 번성하지 않았을 것이다. "바이러스의 입장에서 볼 때, 마주치는 사람들마다 예외없이 좋은 먹잇감이었을 것이다"라고 하버드 공중보건대학원의 윌리엄 해니지(역학)는 말했다. "초창기의 상황을 이보다 더 잘 설명할 수 있는 선택이론은 없다."
(...To be Continued... [바이오토픽] 코로나바이러스의 변이 심층 분석)

※ 참고문헌
1. https://doi.org/10.1101/2020.04.29.069054
2. https://doi.org/10.1016%2Fj.cell.2020.06.043
3. https://doi.org/10.1016%2Fj.cell.2020.06.040
4. https://doi.org/10.1038%2Fs41598-018-33487-8
5. https://media.nature.com/lw800/magazine-assets/d41586-020-02544-6/d41586-020-02544-6_18347864.png

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-02544-6

 

그리고 잘 지내시나요, 올리버 색스 박사님?

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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