코로나19 사태 6개월 '풀리지 않는 5가지 미스터리' Six months of coronavirus: the mysteries scientists are still racing to solve

코로나19 사태 반년 '풀리지 않는 5가지 미스터리'

    지난해 말 중국 우한에서 번지기 시작한 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)이 전세계를 강타한 지 6개월이 지났다. 6일 기준 전 세계 환자가 1155만명을 넘긴 가운데 국제학술지 ‘네이처’는 지난 4일 보도를 통해 아직 과학자들이 풀지못한 코로나19 바이러스 미스테리를 정리했다. 

코로나19는 이번 세기 들어 가장 최악의 공중보건 위기를 불러왔다. 과학자들과 의료진 등 다양한 전문가들이 코로나19 바이러스를 이해하기 위해 전례 없이 빠른 속도로 연구에 나섰다. 그 결과 과학계는 바이러스가 어떻게 숙주에 침투해 사망에 이르게 하는지, 면역시스템은 어떻게 바이러스와 싸우는지 확인하고 치료법과 백신을 개발 중이다. 

A scanning electron microscope image of SARS-CoV-2 coronavirus particles (orange) on a cell (blue).Credit: NIAID/NIH/SPL

Six months of coronavirus: the mysteries scientists are still racing to solve From immunity to the role of genetics, Nature looks at five pressing questions about COVID-19 that researchers are tackling. SEM of SARS-CoV-2 coronavirus particles (orange) on an apoptotic cell (blue) from a US patient sample. SARS-CoV-2. In late December 2019, reports emerged of a mysterious pneumonia in Wuhan, China, a city of 11 million people in the southeastern province of Hubei. The cause, Chinese scientists quickly determined, was a new coronavirus distantly related to the SARS virus that had emerged in China in 2003, before spreading globally and killing nearly 800 people. Six months and more than ten million confirmed cases later, the COVID-19 pandemic has become the worst public-health crisis in a century. More than 500,000 people have died worldwide. It has also catalysed a research revolution, as scientists, doctors and other scholars have worked at breakneck speed to understand COVID-19 and the virus that causes it: SARS-CoV-2. View full text https://www.nature.com/articles/d41586-020-01989-z

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그러나 코로나19에 대한 핵심적인 질문은 여전히 ‘오리무중’이다. 네이처는 전세계를 공포로 몰아넣은 코로나19 팬데믹에 대해 아직 과학자들이 명쾌하게 답을 내놓지 못하고 있는 주요 질문들을 정리했다. 

왜 사람마다 증상이 다르게 나타나는가

우선 코로나19의 가장 두드러진 특징은 사람마다 겪는 증상이 천차만별이라는 점이다. 어떤 사람은 무증상 감염을 나타내는 반면, 또다른 사람들은 치명적인 폐렴으로 사망하기도 한다. 

아이슬란드 레이캬비크 소재 바이오의약품 회사인 ‘디코드 제네틱스’의 대표이사(CEO)인 카리 스테판손 유전학자는 “임상 결과는 드라마틱하게 차이가 난다”고 말했다. 디코드 제네틱스 연구팀은 사람마다 코로나19 증상이 다르게 나타나는 데 기여하는 유전체 차이를 분석중이다. 

디코드 제네틱스 연구팀은 아이슬란드에 유의미한 환자 사례가 적어 연구에 어려움을 겪었다. 그러나 지난달 국제 공동연구팀이 이탈리아와 스페인에서 감염된 환자 4000명 규모의 유전체 분석을 통해 코로나19 중증 환자의 유전적 연관성을 처음으로 밝혀냈다. 호흡에 어려움을 겪는 환자들은 감염되지 않는 환자들보다 2종류의 특정 유전자 변이 중 하나를 갖고 있을 가능성이 크다는 것이다. 

연구팀에 따르면 2종류의 특정 유전자 변이 중 하나는 ABO 혈액형을 결정하는 유전체 영역에 있었다. 또다른 변이는 여러 종류의 유전자 주변에 존재한다. 코로나19 바이러스가 인간 세포에 침투할 때 사용하는 수용체와 상호작용하는 단백질을 암호화하는 단백질, 병원체에 대응하는 면역반응과 연결된 분자를 암호화하는 2종류의 유전자 변이였다. 

장-로랑 카사노바 록펠러대 뉴욕 캠퍼스 교수는 코로나19 환자의 증상과 더욱 실질적으로 연결된 인간 유전자 변이를 찾고 있다. 원래 마라톤을 뛸 정도로 건강했던 50세 이하 코로나19 중증 환자의 유전체를 분석하고 코로나19 증상이 달라지게 만드는 유전적 변이를 찾고 있다. 

코로나19에 대한 면역이란 무엇이며 얼마나 지속되는가

면역학자들은 코로나19에 걸리면 어떤 면역이 생길 수 있는지, 또 얼마나 오래 지속될 수 있는지 알아내기 위해 노력하고 있다. 과학자들의 숱한 노력으로 코로나19 감염자에게서 중화항체가 형성될 수 있다는 사실을 알아냈지만 중화항체는 몇주 동안 지속되다가 사라진다는 사실도 확인되고 있다. 

중화항체는 중증 기간이 오래될수록 더 오래 존재하는 사실도 규명됐다. 영국 프랜시스크릭연구소의 조지 카시오티스 연구원은 “체내에 바이러스가 많이 존재할수록 항체도 많이 생기며 오랜 기간 지속된다”고 말했다. 이같은 현상은 중증급성호흡기증후군(SARS, 사스)에서도 유사한 패턴을 보인다. 카시오티스 연구원은 “사스에 걸렸던 대다수 사람들은 몇 년이 지나면 중화항체도 사라지지만 매우 심각하게 앓았던 환자들의 경우 12년이 지나도 중화항체를 보유하고 있었다”고 말했다. 

과학자들은 코로나19에 감염되지 않는 데 어느 정도의 중화 항체가 생성돼야 하는지 아직 모른다. 신체 내 면역시스템에 대한 명확한 측정이 어렵기 때문에 다양한 바이러스 감염에 대한 면역반응과 비교해 얼마나 오랜 기간 중화 항체가 지속되는지 분석해야 한다. 

코로나19 바이러스는 우려될 정도로 돌연변이가 발생할까

대다수 바이러스는 사람을 감염시키면서 변이 과정을 거친다. 코로나19 바이러스도 예외는 아니다. 코로나19의 글로벌 확산을 추적하며 바이러스 특성에 영향을 미치는 변이를 찾는 게 중요하다. 이런 돌연변이 중에는 항체나 면역세포인 T세포 등이 병원체를 인식하는 능력을 변화시켜 현재 개발중인 백신의 효과를 상쇄하는 돌연변이도 존재할 수 있기 때문이다. 

그러나 지금까지 발견된 대부분의 돌연변이는 큰 영향력이 없다는 게 중론이다. 코로나19 바이러스가 체내에 침투할 때 인체 세포의 수용체와 결합하는 스파이크 단백질에 발생하는 변이가 현재 연구되고 있다. 이는 지난 2월 유럽에서 처음 발견됐고 현재 전세계 모든 지역에서 발견되고 있지만 아직 임상적으로 영향력있는 변이인지는 불분명하다. 

백신이 개발된다면 얼마나 효과가 있을까

팬데믹 종식의 유일한 길은 백신 개발이다. 현재 전세계에서 약 200개의 백신이 개발중이며 20여건은 이미 임상시험이 진행되고 있다. 백신의 진짜 효능을 판가름할 수 있는 대규모 임상시험은 몇 개월 후 진행될 예정이다. 이는 백신을 접종받은 사람과 대조군의 코로나19 감염률을 비교하는 방식으로 이뤄진다. 

 

코로나19를 일으키는 사스코로나바이러스-2의 모습이다. 국립알레르기및감염병연구소 제공

그러나 개발중인 일부 백신의 효과는 불투명하다. 일례로 영국 옥스퍼드대 연구진이 개발한 백신의 경우 원숭이 실험에서 폐가 감염되는 현상을 예방할 수는 있었지만 실험에 활용된 원숭이들의 코에서 검출된 바이러스 양은 백신 접종 원숭이와 접종하지 않은 원숭이간 유의미한 차이는 없었던 것으로 전해졌다. 개발중인 백신이 중증 감염을 예방할 수는 있지만 광범위한 확산을 막는 데는 한계가 있을 가능성도 존재한다는 의미다. 

또 아직은 데이터가 불충분하지만 코로나19 백신으로 중화항체가 형성돼 감염을 차단할 수 있지만 중화항체의 수준이 신규 감염을 차단할 정도로 충분한지, 또 중화항체가 얼마나 오랜 기간 체내에 머물 수 있는지는 아직 불분명하다. 이같은 이유로 백신이 전례없이 빠른 속도로 개발되더라도 완벽한 효과를 기대하기는 어려울 것이라는 게 과학자들의 중론이다. 

설왕설래 바이러스의 기원은

대부분 과학자들은 코로나19 바이러스가 박쥐에서 기인했다는 데 동의한다. 지금까지 수집된 ‘SARS-CoV-2’ 바이러스 샘플을 이용한 광범위한 분석을 통해 중국 윈난성의 ‘관박쥐’가 코로나19의 기원으로 지목되고 있다. 

코로나19 사태 초기에 중간숙주로 ‘천산갑’이 지목되기도 했따. 천산갑에서 분리된 코로나바이러스 유전체가 코로나19 유전체와 92% 일치했기 때문이다. 과학자들은 천산갑이 중간숙주일 가능성을 제기했지만 천산갑에서 인간으로 감염이 일어났는지에 대해서느 아직 완벽하게 입증하지 못했다. 이를 알기 위해서는 SARS-CoV-2 유전체와 99% 이상 일치하는 바이러스를 보유한 중간숙주 동물을 찾아내야 한다. 

김민수 기자 reborn@donga.com 동아사이언스

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