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코로나19 세포 침투력 강해졌다지만 실제 감염력 차이 아직 모른다

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코로나19 세포 침투력 강해졌다지만 실제 감염력 차이 아직 모른다

2020.06.15 19:07
논란의 스파이크 단백질 614번 변이 살펴보니

해당 변이 '감염 민감 부위'로 일찍부터 주목

전문가들 "아직 특이사항 없어 더 많은 연구 필요"

바이러스 게놈 연구 프로젝트인 넥스트스트레인을 이용해 이번에 논란이 된 코로나19 바이러스(사스코로나바이러스-2)의 스파이크 단백질 614번 아미노산의 변이 계통을 살펴봤다. 전세계 2779개 바이러스 게놈 정보를 바탕으로 분류한 것으로, 전수조사 결과는 아니지만 대략적인 분포를 알 수 있다. 해당 아미노산이 아스파트산(D, 녹색)에서 글리신(G, 노란색)로 바뀐 변이가 1월 초~중순 나타난 것으로 추정되며, 이후 유럽 등에서 폭발적으로 수가 증가했다. 미국도 서부는 D가 널리 퍼졌지만 동부 지역은 G 유형이 널리 퍼졌다. 하지만 이런 분포와 확산은 바이러스의 지역 확산과 관련이 있어 이 자체만으로 감염력을 비교하기는 어렵다. 넥스트스트레인 화면 캡쳐

바이러스 게놈 연구 프로젝트인 넥스트스트레인을 이용해 이번에 논란이 된 코로나19 바이러스(사스코로나바이러스-2)의 스파이크 단백질 614번 아미노산의 변이 계통을 살펴봤다. 전세계 2779개 바이러스 게놈 정보를 바탕으로 분류한 것으로, 전수조사 결과는 아니지만 대략적인 분포를 알 수 있다. 해당 아미노산이 아스파트산(D, 녹색)에서 글리신(G, 노란색)로 바뀐 변이가 1월 초~중순 나타난 것으로 추정되며, 이후 유럽 등에서 폭발적으로 수가 증가했다. 미국도 서부는 D가 널리 퍼졌지만 동부 지역은 G 유형이 널리 퍼졌다. 하지만 이런 분포와 확산은 바이러스의 지역 확산과 관련이 있어 이 자체만으로 감염력을 비교하기는 어렵다. 넥스트스트레인 화면 캡쳐

미국 스크립스연구소 연구팀이 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)을 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2) 게놈에서 감염력 차이를 일으키는 변이를 발견했다고 12일(현지시간) 주장하면서 코로나19가 더욱 강력한 변종을 탄생시킨 게 아니냐는 우려가 나오고 있다. 하지만 해당 변이는 이미 여러 달 전부터 존재가 알려져 전세계의 바이러스 학자들이 실시간으로 감시를 해왔던 변이로, 여러 차례 비슷한 주장이 나왔지만 아직까지 확실한 감염력 차이가 증명되지 않았다. 국내 전문가들 역시 “아직 일부의 연구로 일반화시키기엔 이르다”며 추가 연구를 기다릴 필요가 있다고 지적했다.


최혜련 미국 스크립스연구소 교수팀은 12일 사스코로나바이러스-2의 표면 단백질 중 하나인 ‘스파이크 단백질’을 구성하는 아미노산 가운데 일부에서 변이가 발생하면서 스파이크 단백질의 수를 5배 증가시키고 인체세포와 결합하는 부위를 늘리는 결과를 가져와, 결과적으로 바이러스의 감염력을 기존보다 높였다고 주장했다. 연구팀은 해당 주장을 스크립스연구소 홈페이지를 통해 공개하고, 논문 초안을 생명과학 분야 논문 사전공개 사이트인 ‘바이오아카이브’에 12일 공개했다. 이 논문 초안은 아직 동료평가를 거쳐 정식으로 학술지에 발표되지 않은 상태다.


스파이크 단백질은 인체 세포의 특정 표면 단백질을 인식해 침입을 시작하게 하는 ‘관문’ 역할의 단백질로 감염 초기 과정의 핵심 역할을 한다. 먼저 이 단백질이 인체 세포 표면의 ‘안지오텐신전환효소2(ACE2)’를 인지해 결합하고, 인체세포에 있는 단백질분해효소인 세린단백질가수분해효소(TMPRSS2)가 스파이크 단백질을 두 조각으로 나눈다. 이 과정 이후 비로소 사스코로나바이러스-2는 인체세포에 침투한다.


논문에서 연구팀은 스파이크 단백질의 614번 아미노산의 변이에 주목했다. 약 3만 개로 이뤄진 사스코로나바이러스-2 게놈에서 2만3402~2만3404번 염기에 발생한 변이로, 스파이크 단백질의 614번 아미노산을 아스파트산(D)에서 글리신(G)로 바꿨다. 


연구팀은 이렇게 바뀐 스파이크 단백질을 지닌 바이러스 및 바이러스 유사입자(VLP)를 만들어 이를 ACE2를 발현시키는 인체 세포에 감염시키는 실험을 했다. 그 결과 바이러스 내 스파이크 단백질 수가 5배 늘어났고, 스파이크 단백질에서 ACE2를 인식하는 기능을 하는 부위(S1)의 이탈을 줄여 결과적으로 바이러스 감염력이 높아졌다고 주장했다.


이번 연구는 변이에 따른 바이러스의 침투력 차이 가능성을 세포 차원에서 제기한 연구다. 다만 이 변이 자체는 이번에 처음 발견된 새로운 변이가 아니며, 이 부위의 변이가 감염력 차이를 불러 일으킨다는 주장도 처음은 아니다. 


먼저 이 변이는 사스코로나바이러스-2에서 관찰되는 가장 주요한 변이 가운데 하나로 초창기부터 바이러스 학자들의 주목을 받아왔다. 바이러스 게놈을 통해 계통을 추적하고 있는 연구 프로젝트 ‘넥스트스트레인’의 정보에 따르면, 이 아미노산에서 글리신(G) 변이가 처음 나온 것은 1월 초중반 정도로 추정된다. 이후 이 변이에서 파생된 바이러스 ‘후예’들이 널리 유럽을 중심으로 전세계에 널리 퍼졌다. 

 

스파이크 단백질 614번 아미노산의 변이 종류에 따른 지역별 분포를 표시한 넥스트스트레인의 지도다. 녹색(D)과 노란색(G)의 비율이 국가나 지역별로 다르다. G 유형이 유럽에 많이 분포한다. 미국 동부는 G가 많지만, 국가별로 표기한 이 지도에서는 나타나지 않았다. 한국은 D 유형만 나오지만, 이는 초기 게놈만 제공했기 때문이다. 중앙방역대책본부에 따르면, 한국에서도 이태원 감염 등에서 G 유형이 발견됐다. 아래는 사스코로나바이러스-2의 게놈 정보 및 변이 정보다. 위로 삐죽 솟은 그래프가 변이 다양성이 높은 영역이며, 여러 연구에서 바이러스 계통을 분류하는 ′마커′로 활용된다. 왼쪽에서 세 번째 영역(S)가 스파이크 단백질이며 여기에서 높게 솟은 막대 그래프가 보이는 부분이 614번 아미노산 영역이다. 다양성이 높은 변이가 일찍부터 발견돼 많은 학자들이 계속 주목해 왔다. 넥스트스트레인 화면 캡쳐
스파이크 단백질 614번 아미노산의 변이 종류에 따른 지역별 분포를 표시한 넥스트스트레인의 지도다. 녹색(D)과 노란색(G)의 비율이 국가나 지역별로 다르다. G 유형이 유럽에 많이 분포한다. 미국 동부는 G가 많지만, 국가별로 표기한 이 지도에서는 나타나지 않았다. 한국은 D 유형만 나오지만, 이는 초기 게놈만 제공했기 때문이다. 중앙방역대책본부에 따르면, 한국에서도 이태원 감염 등에서 G 유형이 발견됐다. 아래는 사스코로나바이러스-2의 게놈 정보 및 변이 정보다. 위로 삐죽 솟은 그래프가 변이 다양성이 높은 영역이며, 여러 연구에서 바이러스 계통을 분류하는 '마커'로 활용된다. 왼쪽에서 세 번째 영역(S)가 스파이크 단백질이며 여기에서 높게 솟은 막대 그래프가 보이는 부분이 614번 아미노산 영역이다. 다양성이 높은 변이가 일찍부터 발견돼 많은 학자들이 계속 주목해 왔다. 넥스트스트레인 화면 캡쳐

바이러스 게놈 정보를 공동으로 수집, 분석하는 국제기구인 국제인플루엔자데이터공유이니셔티브(GISAID)는 주요한 변이에 따라 바이러스 계통을 분류해 왔는데, GISAID 역시 스파이크 단백질의 614번 변이를 주요 변이 중 하나로 보고 이 변이가 발생하기 전 유형을 V로, 이후 유형을 G 유형으로 분류했다. G 유형은 워낙 널리 퍼져서 G는 이후 다른 변이를 기준으로 GR, GH 등으로 세분화됐다.


넥스트스트레인과 GISAID의 정보를 종합하면, 스파이크 단백질 614번이 아스파트산(D)인 유형은 중국과 동남아시아, 한국 등에 널리 분포하고 글리신(G) 변이 계통은 유럽에 널리 분포한다. 미국 내에서도 코로나19가 초창기에 발발한 서부 워싱턴주 등은 D 유형이 좀더 많지만, 나중에 확산해 큰 피해를 겪은 동부 뉴욕주는 G 유형이 많다.


스크립스 연구팀 외에도 여러 연구팀이 이런 역학 결과와 자체적인 실험 결과를 바탕으로 G유형이 더 감염력이 좋다는 주장을 주기적으로 해왔다. 4월 말 미국 로스앨러모스국립연구소팀 등이 대표적이다.

 

국제인플루엔자데이터공유이니셔티브(GISAID)의 자체적 분류에 따른 바이러스 계통 분포다. 특정 변이를 ′마커′로 사용해 분류를 해나가고 있다. 초기에 S와 L이 분류됐고, L이 나중에 V와 G로 나뉘었다. 이 때 G 유형을 낳게 한 변이가 스파이크 단백질의 614번 글리신 변이였다. G 유형은 워낙 많이 퍼져 나중에 GR과 GH로 다시 나뉘었다. GISAID는 실시간으로 스파이크 단백질 등의 변이를 파악하고 있으며 임상적 차이나 감염력 차이도 추적하고 있다. 하지만 아직 공식적으로 변이에 따른 임상적 차이를 공인한 적은 없다. GISAID 제공
국제인플루엔자데이터공유이니셔티브(GISAID)의 자체적 분류에 따른 바이러스 계통 분포다. 특정 변이를 '마커'로 사용해 분류를 해나가고 있다. 초기에 S와 L이 분류됐고, L이 나중에 V와 G로 나뉘었다. 이 때 G 유형을 낳게 한 변이가 스파이크 단백질의 614번 글리신 변이였다. G 유형은 워낙 많이 퍼져 나중에 GR과 GH로 다시 나뉘었다. GISAID는 실시간으로 스파이크 단백질 등의 변이를 파악하고 있으며 임상적 차이나 감염력 차이도 추적하고 있다. 하지만 아직 공식적으로 변이에 따른 임상적 차이를 공인한 적은 없다. GISAID 제공

하지만 전문가들은 아직 지켜볼 필요가 있다는 입장이다. 이 바이러스 변이는 오래 전부터 모니터링이 돼 왔지만, 최근까지도 특이사항이 없다는 게 국내외 바이러스학계 및 게놈학계의 입장이었다. 유권천 중앙방역대책본부 진단분석관리단장은 15일 오후 방대본 정례브리핑에서 “6월 3일 세계보건기구(WHO) 발표에서도 이런 변이가 아직 의미있는 변화라고 보지 않는다고 언급했다”며 “한국과 전세계에서 지속적으로 모니터링 중이며 보다 많은 연구가 필요한 상황”이라고 말했다.


이혁민 대한진단검사의학회 감염관리이사(연세대 의대 교수)도 “바이러스 감염에는 스파이크 단백질의 변이도 중요하지만 이를 받아들이는 TMPRSS2 발현 등 인체세포의 수용체도 중요하다”며 “바이러스 변이가 일정 부분 영향을 줄 수 있지만 인체 세포까지 종합적으로 작용해야 한다. 바이러스 병독성이 약해지고 감염력이 높아졌다는 보고가 있는데 일부 사례이므로 추가 연구가 필요하다”고 말했다.

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