- 바이러스가 거품 형성, 구획 만들어 빠른 증식 도와 … 아이들이 코로나에 잘 걸리지 않는 이유
매주 신종코로나바이러스감염증(COVID-19, 코로나19) 관련 수많은 연구가 쏟아지는 가운데 더욱 흥미로운 7가지 내용을 소개한다.
코로나19가 어떻게 숙주세포를 탈취하는가?
독일 하이델베르크대(Heidelberg University) 내 유럽분자생물학연구소 European Molecular Biology Laboratory, EMBL) 연구진은 코로나19를 유발하는 바이러스인 SARS-CoV-2가 어떻게 감염된 세포를 조작하는지(reprogram) 첨단 전자전미현미경을 이용해 분석했다. 여기에는 24~48시간밖에 걸리지 않았다. 즉 이 정도 시간이면 코로나19 바이러스가 호흡기세포를 죽일 수 있다.
촬영된 영상들은 ‘감염된 세포의 세포내막에 분명하고 엄청난 변화’를 보여주었다. 신종 코로나바이러스는 숙주세포에서 각기 다른 구획과 부지(compartments and sites)를 구축하는 것으로 확인됐다. 이로써 코로나19 바이러스가 세포막에 변화를 일으켜 자체 복제 세포기관(organelle)을 만들어 바이러스 게놈을 증폭시킨다.
연구진은 ‘큰 풍선을 형성하는 두 겹의 막에 거품이 대량 축적됐다’고 묘사했다. 각 풍선은 바이러스 게놈이 증식해 방출될 수 있도록 차폐된 구획(compartments)을 형성해 방어막을 쳐주고 새로운 바이러스 입자가 채워지도록 유도한다는 설명이다.
즉 코로나19에 감염된 세포가 왜 쉽게 복사되는지, 숙주세포의 세포막 구조를 어떻게 변형시키는지, 어떻게 새 바이러스 입자를 만들어내는지가 여실하게 드러났다.
이 대학 감염병학과 분자생물학 분야 랄프 브라텐슐라거(Ralf Bratenschlager) 교수는 “이제 신종 코로나도 계절성 질병이 될 것으로 예상된다”며 “그렇기에 코로나19에 대한 예방적 및 치료적 전략을 모두 개발하고 실행해야 할 긴급한 필요가 있다”고 말했다.
브라텐슐라거 교수는 2016년 C형간염 연구로 래스커상(Lasker Award)을 받았다. 다수의 노벨상 수상자를 배출한 래스커상의 2000년 공동 수상자인 하비 올터(Harvey J. Alter) 미국 국립보건원(NIH) 부소장, 마이클 호턴(Michael Houghton) 캐나다 앨버타대 교수가 올해 노벨생리의학상을 수상했다. 브라텐슐라거는 이들 수상자의 후학인 셈이다.
이같은 변화는 감염 후 몇 시간 안에 관찰됐다. 연구진은 이것이 새로운 치료법의 단초가 될 수 있다고 믿는다며 3D 구조 정보와 자체 수집한 다른 데이터들을 모든 사람들과 공유하길 원한다고 말했다.
하이델베르크 전자현미경 핵심시설 팀장 야닉 슈와브(Yannick Schwab)은 “우리가 생산한 모든 데이터를 과학계와 공유하는 선례를 남기고 있다고 생각한다”며 “이 방법으로 우리는 SARS-CoV-2가 그 숙주와 어떻게 상호작용하는지를 연구하기 위한 세계적인 노력을 지원할 수 있다”고 말했다.
코로나19 환자의 약 80%가 후각을 상실하는 이유?
코로나19의 독특한 특징 중 하나는 후각과 미각의 상실로 환자의 약 80%가 영향을 받는다는 것이다. 왜 그리고 어떻게 그런 것일까?
초기 연구들은 바이러스가 중추신경계에 영향을 미친다는 것을 암시한다는 우려가 있었지만, 후속 연구들은 데이터를 통해 이는 비강 상피의 문제임을 암시하고 있다.
코로나19 바이러스가 숙주 세포를 감염시키려면 먼저 세포의 표면에 달라붙어야 한다. 이때 표적이 되는 게 ACE2라는 수용체이며, 코로나바이러스가 세포 안으로 뚫고 들어갈 때도 TMPRSS2라는 보조인자의 도움을 받는다.
후각세포는 ACE2 수용체를 가지고 있지 않지만, 후각 신경세포를 뒷받침해주는 지제세포(sustentacular cell, 또는 supporting cells)는 갖고 있다.
이들 세포는 뉴런들이 뇌에 신호를 보내기 위해 필요로 하는 점액 속의 염기 이온 균형(balance of salt ions)에 관여한다. 이것이 교란되면 뉴런 신호와 후각을 차단할 수 있다.
최근 SARS-Cov-2를 황금 시리아 햄스터(golden Syrian hamster)에게 투여한 결과 지탱세포는 빠르게 감염됐지만 후각 신경세포는 감염되지 않았다. 그러나 후각상피세포는 완전히 분리돼 후각 수용체와 냄새를 감시하는 능력을 가진 섬모에 영향을 주었다.
이런 후각 시스템 붕괴가 바이러스 자체에 의한 것인지, 아니면 바이러스에 반응하는 면역세포에 의한 것인지는 아직 알려지지 않았다. 바이러스가 미각에 어떤 영향을 미치는지는 더욱 분명하지 않다. 미각 수용체 세포 역시 ACE2 수용체를 가지지 있지 않지만 혀의 미각지지 세포는 그것을 가지고 있다.
코로나19에 분자 요오드 경구용 세척제(포비돈과 다름)가 가장 효과적
미국 유타주립대의 항바이러스연구소 연구원들은 네 개 구강 세척제의 항바이러스 효능을 비교했다. 미국치과협회(ADA)가 추천한 2개는 각각 과산화수소 1.5%, 포비돈요오드(povidone iodine) 0.2%를 함유하고 있었다. 또 다른 하나는 0.12%의 클로르헥시딘 글루콘산염(chlorhexidine gluconate)으로 ADA의 추천을 받았고, 네 번째는 아이오텍 인터내셔널(ioTech International)이 개발한 분자 요오드 경구 세척제(molecular iodine oral rinse)였다.
이 실험은 대학 연구진에 의해 레벨 3 밀폐실험실에서 수행되었다. 분자 요오드 100ppm을 함유한 분자 요오드 경구 세척제는 30초 만에 효과가 완전히 나타났다. 다른 것들도 60초 후에도 부분적으로 효과가 있었다. 요오드 세척제 중 어느 것도 세포독성을 보이지 않았으나, 과산화수소와 클로르헥시딘 글루콘산염 세척제는 독성을 띠었다.
MMR 백신이 코로나19 예방 효과를 가질 수 있다
미국 조지아주 왓킨스빌(Watkinsville)에 소재 세계기구(World Organization)가 수행한 새로운 연구는 홍역-볼거리(유행성 이하선염)-풍진(measles-mumps-rubella, MMR) 백신이 코로나19에 대한 방어효과를 보일 수 있음을 입증하는 근거를 제시했다.
이 기구는 MMR II 백신을 접종했다가 회복된 코로나19 환자의 중증도와 볼거리 IgG 역가가 반비례함을 확인했다. 즉 볼거리 항체가 높을수록 중증도는 낮아졌다. MMR II 백신은 미국 머크(MSD)가 생산하며 홍역의 에드먼스턴(Edmonston) 균주, 볼거리의 제릴린(Jeryl Lynn, B-레벨) 균주, 풍진의 위스타(Wistar) RA 27/3 균주가 들어 있다.
세계기구의 대표 저자이자 회장인 제프리 E. 골드(Jeffrey E. Gold) 회장은 “MMR II 예방접종을 받은 42세 이하의 인구에서 볼거리 역가와 코로나19 심각도 사이에 통계적으로 유의미한 역상관성을 발견했다”며 “이것은 MMR 백신이 코로나19를 방어할 수 있음을 증명하는 증거”라고 말했다.
이는 왜 아이들이 성인들에 비해 더 낮은 코로나19 환자 비율을 가지며 사망률도 훨씬 낮은지 설명한다. 대다수 어린이들이 생후 12~15개월 전후에 첫 MMR 예방접종을 받고, 생후 4~6세까지 두 번째 MMR 예방접종을 받는다.
근적외선 프로브(Near-infrared probe)로 텔로미어 역학 해독
‘유럽임상연구저널’ 지난 8월 9일자에는 텔로미어(telomere) 길이가 짧은 사람이 코로나19 감염에 더 취약하다는 연구 결과가 실렸다.
텔로미어는 염색체 말단에 존재하며, 길고 반복적인 DNA 염기서열과 이를 보호하는 결합 단백질로 구성돼 있다. 텔로미어가 오작동하면 염색체의 안정성을 유지할 수 없어 암과 같은 질병으로 이어질 수 있다. 반면 텔로미어 단축은 세포 사망과도 연관이 있다.
텔로머라제(telomerase)는 텔로미어를 복구하는 효소다. 인간의 체세포는 분열을 거듭하면서 마디가 잘려나가고, 더는 분열할 수 없는 ‘헤이플릭 분열한계’(Hayflick Limit)에 도달해 텔로미어가 있는 끝부분까지 모두 잘려나가면 죽는다.
일본 교토대 통합적세포물질과학연구소(Institute for Integrated Cell-Material Science, iCeMS) 연구진은 살아있는 세포에서 염색체 끝을 시각화하기 위해 새로운 합성 탐사법을 개발했다.
기존 텔로미어 분석법과 달리 합성 에 사용된 다른 탐사법과 달리 합성 피롤-이미다졸폴리아미드(pyrrole-imidazole polyamide, PIP) 프로브를 사용해 상대적으로 짧은 시간에 살아있는 세포의 텔로미어 역학(dynamics)을 해독해낼 수 있다. PIP는 염색체 말단의 DNA에 결합해 형광물질을 정밀하게 전달할 수 있다고 이번 연구의 제1저자인 유타로 추보노(Yutaro Tsubono)는 설명했다.
기존 분석법이 고정된 세포를 거칠 게 다룬다면 새 분석법은 근적외선과 PIP를 활용해 살아 있는 세포를 섬세하게 관찰할 수 있다. 또 기존 독한 화학물질과 달리 DNA를 변성시키지 않는다. 따라서 새 분석법을 코로나19 연구에 적용하면 새로운 사실이 밝혀질 수 있을 것으로 기대된다.
코로나19 확산 저감을 위한 가장 효과적인 전략
캐나다 사이먼프레이저대(Simon Fraser University, 밴쿠버(Vancouver)·버나비(Burnaby)·서레이(Surrey)에 캠퍼스) 연구진은 코로나19 확산을 줄이기 위해 동원되는 신체적 거리두기, 마스크 착용, 소규모 만남 등 다양한 방법의 효과를 평가하기 위한 모델을 개발했다.
연구진은 신체적 거리두기가 가장 보편적으로 효과적임을 확인했다. 소규모 만남과 마스크 착용은 상황에 더 의존적이어서 상황에 따른 변수가 많았다.
이번 연구에서는 ‘이벤트 R’이라는 개념이 창출됐다. 이는 한 행사에서 한 개인으로부터 코로나19에 감염되는 사람들의 예상 수이다. 이 개념에는 전파 강도, 노출 기간, 개인 근접도, 혼합(접촉) 정도 등의 요인이 포함돼 있다.
참가자들은 파티, 식사, 나이트클럽, 대중교통, 식당과 같은 다양한 행사에서 발생한 감염 보고사례를 활용했다. 감염될 가능성이 전송율과 특정 환경에서 보낸 시간에 매우 의존한다는 것을 발견했다. 높은 감염 환경에는 술집, 나이트클럽 및 붐비는 작업장이 포함됐다. 낮은 감염 환경으로는 마스크를 착용한 대중교통, 식당에서 거리두기, 야외 활동 등이 꼽혔다.
연구진은 파티, 합창단, 식당 주방, 붐비는 사무실, 나이트클럽, 술집과 같이 사람이 포화되고 감염량이 많은 환경에서는 마스크나 다른 방어수단이 효과적이지 않음에 주목했다.
코로나19를 무력화하는 열쇠는 자주 신속한 검사를 하는 것
미국 콜로라도대 볼더(Boulder) 캠퍼스의 한 연구는 코로나19에 맞설 때, 진단검사의 시험 민감도보다 시험 빈도와 시험 소요 시간이 더 중요하다는 결론을 냈다.
즉 검사 수행과 결과 도출에 며칠이 걸릴 수 있는 고감도 실험실 테스트보다 접근하기 쉬운 신속한 시험이 더 가치가 있다는 것이다. 비록 표준 PCR 테스트보다 훨씬 덜 민감할지라도, 저렴하고 빠르게 결과가 나오는 코로나19 신속 항원 테스트로 매주 인구의 절반을 테스트하는 게 몇 주 안에 바이러스를 거의 제거할 수 있는 유용한 방책이라고 연구진은 확신했다. 본질적으로 더 빠른 데이터는 사람들이 더 일찍 자가격리할 수 있게 해주기 때문이다.
이 연구의 수석 저자이자 컴퓨터과학 조교수인 다니엘 라레모어(Daniel Larremore)는 “큰 그림은 공중 보건에 관한 한, 내일 결과가 나오는 더 민감한 시험보다는 오늘 결과를 확인할 수 있는 덜 민감한 시험을 보는 것이 더 낫다는 것”이라며 “몸이 아픈 한 사람이 전염되지 않도록 모두에게 집에 있으라고 말할 게 아니라 전염성 있는 사람들만 집에 머물도록 명령하는 게 더 낫다고 볼 수 있다”고 말했다.
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