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"코로나19 감염력 더 강해진다" vs "근거 없다" …'변이' 논란 오리무중

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"코로나19 감염력 더 강해진다" vs "근거 없다" …'변이' 논란 오리무중

2020.07.03 16:00
美연구팀 "614번 아미노산 변이 감염력 높아져" 셀에 발표…반박 논평도 곧바로 올라
사스코로나바이러스-2의 스파이크 단백질 614번 아미노산이 글리신(G)으로 바뀐 변이가 이 아미노산이 아스파트산(D)인 유형보다 감염력이 높다는 연구 결과가 또 나왔다. 이번에는 세포 실험 결과 인체 내 바이러스 량이 늘었다는 사실과, 전세계 주요국가 및 지역의 변이 비율이 급격히 높아졌다는 사실이 근거로 제기됐다. 하지만 여전히 논란이 많아 추가 연구가 필요하다. 셀 논문 캡쳐
사스코로나바이러스-2의 스파이크 단백질 614번 아미노산이 글리신(G)으로 바뀐 변이가 이 아미노산이 아스파트산(D)인 유형보다 감염력이 높다는 연구 결과가 또 나왔다. 이번에는 세포 실험 결과 인체 내 바이러스 량이 늘었다는 사실과, 전세계 주요국가 및 지역의 변이 비율이 급격히 높아졌다는 사실이 근거로 제기됐다. 하지만 여전히 논란이 많아 추가 연구가 필요하다. 셀 논문 캡쳐

신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19, 코로나19) 환자 수가 전세계적으로 1000만 명을 넘어서며 확산세가 계속되고 있다. 특히 미국과 중남미를 중심으로 빠르게 환자가 늘면서, 유럽에서 기원해 이 지역을 중심으로 널리 퍼지고 있는 바이러스 유형이 감염력이 더 강해진 게 아니냐는 추정이 꾸준히 제기되고 있다. 하지만 아직 감염력을 높인다는 증거가 불명확하다는 반론도 만만치 않아 추가 연구가 필요하다.


베테 코버 미국 로스알라모스국립연구소 이론생물및생물물리연구소 연구원팀과 영국 셰필드대 의대 연구팀은 코로나19를 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 유전물질(RNA)이 갖는 여러 변이 가운데 ‘스파이크 단백질’의 614번 아미노산에서 발생한 변이가 바이러스의 감염력을 높이고 감염된 인체 내 바이러스 량을 늘릴 가능성이 있다는 세포 실험 결과를 2일 공개했다. 연구 결과는 생명과학 국제학술지 ‘셀’에 게재될 예정이다.


스파이크 단백질은 사스코로나바이러스-2가 인체 세포에 침입하기 위한 ‘관문’ 단백질이다. 바이러스 표면에 돌기처럼 돋아나 있으며, 인체세포 표면의 단백질인 ‘안지오텐신전환효소2(ACE2)’를 인식해 세포 침입을 시작한다. 스파이크 단백질은 ACE2 인식 직후 인체세포의 또다른 표면 단백질인 세린단백질가수분해효소 ‘TMPRSS2’를 만나 두 조각으로 나뉘고, 이후 세포 안에 들어와 복제 및 증식을 한다.


이처럼 감염 초기 단계에 중요한 기능을 하는 단백질이다 보니 과학자들은 일찍부터 스파이크 단백질에 중요한 변이가 발생할 경우 감염력에 차이가 생길 것이라고 추정하고 감시해 왔다. 다른 변이는 특이사항이 없지만, 614번 아미노산이 아스파트산(D)에서 글리신(G)로 바뀌는 변이(D614G)를 지닌 바이러스 유형은 유럽에서 올해 초에 발생한 뒤 전세계적으로 널리 퍼져 현재 ‘주류’가 됐다. 이 바이러스는 약 3만 개의 RNA 서열로 이뤄진 사스코로나바이러스에서 2만 3403번 염기서열 하나가 변했다. 대부분의 이런 ‘점 변이’는 바이러스에 아무 영향이 없지만, 이 변이는 아미노산 종류를 바꿨다. 다만 아미노산이 바뀌어도 대부분 단백질의 기능에는 영향이 미미하다.


바이러스 게놈을 수집, 분석해 동향을 파악하는 국제기구 ‘국제인플루엔자데이터공유이니셔티브(GISAID)’는 현재까지 약 5만 8000개의 사스코로나바이러스-2 게놈을 확보해 분석하고 있다. GISAID는 이 변이를 바이러스 계통을 분류하는 중요한 ‘마커(표지)’ 변이로 보고 이전 유형을 V로, 이후 유형을 G 유형으로 분류해 감시하고 있다. 현재 G 유형은 워낙 널리 퍼져 G 외에 GR과 GH 등으로 세분화됐다.

 

3일까지 GISAID에서 분류한 사스코로나바이러스-2의 계통 분류다. 스파이크 단백질 614번 아미노산 변이에 따라 V 유형에서 G 유형이 나온 뒤 G 유형이 급격히 늘어 GR, GH 등으로 세분화됐다. GISAID 홈페이지 캡쳐
3일까지 GISAID에서 분류한 사스코로나바이러스-2의 계통 분류다. 스파이크 단백질 614번 아미노산 변이에 따라 V 유형에서 G 유형이 나온 뒤 G 유형이 급격히 늘어 GR, GH 등으로 세분화됐다. GISAID 홈페이지 캡쳐


코버 연구원팀은 G와 GR, GH를 포함해 스파이크 단백질 614번 아미노산이 글리신인 변이 바이러스(G614)에 주목했다. 연구팀은 논문에서 “많은 지역에서 G614의 빈도가 높아지는지 확인하기 위한 생물정보학 기술을 개발해 모니터링한 결과, 4월 초부터 G614가 지역별로 두드러지는 경향이 분명히 발견됐다”며 “실험을 통해 해당 변이 유형 바이러스가 감염력이 더 크고 체내 바이러스 량도 많다는 이상적 증거를 제시했다”고 밝혔다.


연구팀은 먼저 GISAID 데이터를 이용해 각 지역에서 G614가 얼마나 빨리 퍼졌는지 경향을 조사해 통계적으로 분석했다. 그 결과 3월 1일 이전에는 10%에 불과하던 이 유형이 4월 1~5월 18일 사이에는 78%로 급증했다고 밝혔다. 대부분의 대륙, 국가, 지역, 도시에서 비슷한 경향이 발견됐다(아래 그래프). 


연구팀은 영국 셰필드의대병원에서 999명의 환자로부터 사스코로나바이러스-2 게놈과 상기도에서 채취한 검체를 얻어 임상 연구를 했다. 바이러스의 특정 유전자를 얼마나 빨리 검출할 수 있는지 여부로 체내 바이러스량을 역으로 추정한 결과, G614 유형이 체내 바이러스 량이 더 많다는 사실을 확인했다. 하지만 이 유형의 환자가 특별히 중증 증상을 보이지는 않는 것으로 나타났다. 

 

사스코로나바이러스-2의 스파이크 단백질 614번 아미노산이 글리신(G)으로 바뀐 변이가 이 아미노산이 아스파트산(D)인 유형보다 감염력이 높다는 연구 결과가 또 나왔다. 이번에는 세포 실험 결과 인체 내 바이러스 량이 늘었다는 사실과, 전세계 주요국가 및 지역의 변이 비율이 급격히 높아졌다는 사실이 근거로 제기됐다. 하지만 여전히 논란이 많아 추가 연구가 필요하다. 셀 논문 캡쳐
사스코로나바이러스-2의 스파이크 단백질 614번 아미노산이 글리신(G)으로 바뀐 변이가 이 아미노산이 아스파트산(D)인 유형보다 감염력이 높다는 연구 결과가 또 나왔다. 이번에는 세포 실험 결과 인체 내 바이러스 량이 늘었다는 사실과, 전세계 주요국가 및 지역의 변이 비율이 급격히 높아졌다는 사실이 근거로 제기됐다. 하지만 여전히 논란이 많아 추가 연구가 필요하다. 셀 논문 캡쳐

마지막으로 연구팀은 수포성구내염바이러스(VSV)와 렌티바이러스 유사체에 각각 D614와 G614 유형의 스파이크 단백질을 발현시키도록 유전자를 변형해 인체세포 침투 능력을 비교했다. 그 결과 침투 능력이 최대 9.3배 강한 것으로 나타났다. 연구팀은 이를 근거로 G614가 감염력이 더 뛰어나지만 중증 환자는 늘리지 않는 특성을 갖는 변이 바이러스라고 주장했다. 연구팀은 이 변이가 스파이크 단백질의 구조를 유연하게 바꿔 침투력에 변화를 가져왔다고 추정했다. 이것이 진화적으로 이 변이를 지닌 바이러스를 ‘선택’하게 했다는 것이다.


과학계는 아직은 신중하다. ‘셀’에는 바로 반박 논평이 올라왔다. 미국 예일대와 컬럼비아대 연구팀은 “코버 연구원팀의 데이터는 G614가 더 감염력이 높거나 전파력이 높다는 사실을 증명하지 못한다”며 “여러 다른 파생 질문에 대해서도 의미 있는 답을 주지 못한다”고 주장했다. 연구팀은 “바이러스량이 체내에서 더 많이 검출됐다는 게 전파력이 높다는 사실을 의미하지는 않는다”며 “현재까지는 G614 바이러스가 더 통제가 어려운지, 중증도에 기여하리, 백신 개발에 영향이 있을지 등이 모두 불명확하다”고 말했다. 


변이를 매일 확인 중인 GISAID 역시 아직은 G614를 임상적 의미가 있는 특이 변이로 보지 않고 있다. GISAID는 4월 이후 변이에 대해 “특정 변이를 지닌 바이러스가 단기간이 늘어나는 것은 진화적 선택압보다는 우연히 또는 ‘창시자효과’ 때문에 일어날 때가 많다”고 말했다. 창시자효과는 한 집단의 일부 개체군이 떨어져 나가 새로운 개체군을 형성하는 현상이다. 나중에 형성된 개체군은 초기에 떨어져 나간 개체군보다 유전자 다양성이 떨어진다. 코로나19 ‘무주공산’이었던 유럽과 미국 동부에 G614가 들어가 확산하면서 D614의 빈도가 떨어졌다는 해석이다. 

 

스파이크 단백질 614번 아미노산 변이의 두 유형을 비교한 넥스트스트레인의 분석 자료다. D614 유형(녹색)은 초기에 확산하던 유형이다. 이후 유럽을 기점으로 G614 유형(노란색)이 널리 확산했다. 미국에서도 이 유형이 동부를 중심으로 크게 확산해 지금은 다수가 됐다. 한국은 초기에 D 유형만 보고됐지만, 이태원 사태 등에서 G 유형이 보고되기 시작해 지금은 둘 다 존재한다. 현재 대부분의 대륙에서 G614 유형이 더 많지만, 단지 바이러스 유행이 많다고 해서 감염력이 강하다고 해석할 수는 없다(위). 가운데는 약 3만 개인 사스코로나바이러스-2의 게놈 지도다. 지도 위 삐죽 솟은 부분이 변이 다양성을 표시한 그래프다. 다양한 영역에 변이가 존재함을 알 수 있다. 진한 녹색으로 표시한 S라는 표시 영역이 스파이크 단백질을 만드는 RNA 영역이며, 여기에 솟은 피크가 614번 아미노산 변이다(가운데). 아래는 D와 G614 변이를 계통별로 비교한 계통도다(아래). 넥스트스트레인 화면 캡쳐
스파이크 단백질 614번 아미노산 변이의 두 유형을 비교한 넥스트스트레인의 분석 자료다. D614 유형(녹색)은 초기에 확산하던 유형이다. 이후 유럽을 기점으로 G614 유형(노란색)이 널리 확산했다. 미국에서도 이 유형이 동부를 중심으로 크게 확산해 지금은 다수가 됐다. 한국은 초기에 D 유형만 보고됐지만, 이태원 사태 등에서 G 유형이 보고되기 시작해 지금은 둘 다 존재한다. 현재 대부분의 대륙에서 G614 유형이 더 많지만, 단지 바이러스 유행이 많다고 해서 감염력이 강하다고 해석할 수는 없다(위). 가운데는 약 3만 개인 사스코로나바이러스-2의 게놈 지도다. 지도 위 삐죽 솟은 부분이 변이 다양성을 표시한 그래프다. 다양한 영역에 변이가 존재함을 알 수 있다. 진한 녹색으로 표시한 S라는 표시 영역이 스파이크 단백질을 만드는 RNA 영역이며, 여기에 솟은 피크가 614번 아미노산 변이다(가운데). 아래는 D와 G614 변이를 계통별로 비교한 계통도다(아래). 넥스트스트레인 화면 캡쳐

G614가 세포 침투력이 더 높다는 주장은 처음이 아니다. 4월 말에도 로스알라모스연구소팀은 비슷한 주장을 펼쳤다. 지난달 12일 최혜련 미국 스크립스연구소 교수팀은 이 변이가 스파이크 단백질의 수를 5배 증가시키고, 이 단백질이 ACE2와 결합할 때 관여하는 부위(S1)의 이탈을 줄여 인체 세포 침투력을 높였다고 주장했다. 

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