영국에서 유행중인 변이 코로나바이러스에 관하여 (SARS-CoV-2 VUI 202012/01)

최근 걱정이 많아지고 있는 코로나바이러스 변이체에 대한 정보를 간단히 서술해봅니다. ^_^

 

1. 정식 명칭

SARS-CoV-2 VUI 202012/01 또는 B.1.1.7

- Variant Under Investigation, year 2020, month 12, variant 01 (2020년 12월 조사과정에서 처음 발견된 변이체)

- 언론에서는 보통 variant, strain, lineage, mutant 등 (변종, 계통, 변이체 등)의 용어를 같은 의미로서 사용

 

2. 최근에 뉴스에 많이 나오는 이유는?

- 지난 14일간, 10만 명 중 100명 수준이던 감염자 보고가 400명 수준까지 상승.

- 최근 런던에 거주하는 감염자 중 60%가 해당 변이체와 관련이 되고 있다고 보고.

12월 16일 기준, 영국 남동부 지방의 코로나 감염 환자 폭발적인 증가 (Source: The European Surveillance System (TESSy), COVID-19 national weekly data (http://covid19-countryoverviews.ecdc.europa.eu/#34_United_Kingdom)

 

3. 왜 이런 변이체가 영국 유행하게 되었나?

 

- 미국 질병통제예방센터 (CDC)에 따르면 "우리도 몰라 - We do not know"

- 바이러스 변이체는 우연에 의해 나타났다가 사라지기도 하기 때문

- 특히 기존 바이러스 대비, 대인 전파가 더 잘 일어나는 경우에 해당 바이러스가 경쟁적 우위를 차지하게 되고, 유행의 주류가 되는 것

- 이는 특히 오랜 기간 동안 코로나바이러스에 감염된 환자의 몸에서, 장기간에 걸쳐 신속한 진화를 통해 여러 개의 변이를 축적한 바이러스가 나타난 것이 아닌가 생각되고 있음

- 이렇게 주류가 아니던 변이체가 급 유행하게 됨에 따라서, 해당 변이체가 어떤 특징을 가지는지, 어떠한 발병 기전을 가지는지에 대해서 조사 중

 

4. 미국에서는 해당 변이체가 보고된 적이 없는가?

 

- 미국 내 감염자의 코로나 바이러스 염기서열 분석 결과, 17 million (1,700만) 건 중 51,000 건 보고됨

- 이러한 결과를 보았을 때, 아마도 미국 내 이미 존재하고 있었을 것으로 보임 (미-영간 여행자 등을 통해)

 

5. 변이체의 특징은?

 

- 코로나바이러스는 바이러스의 유전체 (RNA)를 스파이크 단백질 (S protein), 외피 단백질 (E protein), 막단백질 (M protein), 뉴클레오캡시드 단백질 (N protein)등이 감싸는 구조

- 여타 다른 바이러스와 마찬가지로 숙주세포에 감염시키고 스스로를 복제시키는 기전을 가지고 있는데, 그중 숙주세포에 감염시키기 위해 가장 중요하다고 알려진 것이 막 표면에 돌기처럼 돋아있는 스파이크 단백질 (S protein).

- 이 S 단백질이 숙주세포의 수용체 (ACE2 receptor)와 만나게 되면, 바이러스에 존재하던 유전체가 세포 안으로 옮겨가며 또 다른 바이러스 복제가 일어남.

 

- 코로나바이러스는 평균 2주에 한번 새로운 꼴의 변이를 발생시키고 있는데, 보통 이러한 변이는 바이러스의 구조적 단백질에 어떠한 영향을 주지 않는 (silent) 상태의 변이였기 때문에 큰 문제가 되진 않았음.

- 이 변이가 얼마나 자주 일어나는 것인지 쉽게 설명하자면, 12월에 염기서열이 분석된 유전체 중 상당수가 지난 1월에 최초로 중국에서 분석된 유전체 대비, 20군데 이상 달라졌다는 것을 의미

 

- 이 변이체는 알려진 변이 중에서, 8개가 스파이크 단백질을 만들어내는 유전자에서 발생

- 특히 스파이크 단백질과 수용체가 결합하는 부위 (Receptor binding domain, RBD)에 영향을 줄 수 있는 여러 종류의 변이 (mutation)를 가지고 있다고 알려져 있음. 걱정되는 것은 N501Y 변이. (N501Y, deletion 69-70, deletion 144, A570D, D614G, P681H, T716I, S982A, D118H)

돌연변이	영향
N501Y	Spike protein의 RBD에 위치한 돌연변이 (수용체-바이러스간 결합 영향)
H69/V70 deletion	최근 밍크 감염 사례에서 보고된 돌연변이로, 자연스럽게 발생. 스파이크 단백질의 구조변화에 영향
D614G	세포 감염을 증가시키는 것으로 알려진 변이. 현재까지 감염의 심각성을 증가시킨 보고사례 없음

RBD: 수용체 결합부위. N501Y는 돌기처럼 바이러스 표면에 솟아난 스파이크단백질 돌기 중, 수용체와 결합하는 노란색 부위에 변이가 생긴 것을 의미한다

 

6. 현재까지 N501Y 변이체에 대해 알려진 것은?

 

- 해당 변이가 발생하게 되면 스파이크 단백질의 수용체인 사람 숙주세포의 ACE2 수용체에 더 강하게 결합하게 됨

- 아직 이러한 강한 결합이 감염 차이에 어떻게 사람에게 영향을 준다고 알려진 것은 없음

 

7. 사람에게 영향을 주지 않는다는데, 왜 문제가 된다는 것인지?

 

모든 것은 가능성의 문제이기 때문인데 특히...

 

1. 대인 전파 (사람 간 전염)이 더 빈번하게 일어날 가능성: 이는 이미 D614G 변이 사례를 통해 전염이 빠르게 일어날 수 있을 가능성이 있다고 증명됨
2. 더 심각한 감염 증상 (more severe disease)를 유도할 가능성: 아직은 보고 사례 없음
3. 진단 키트의 무효화 가능성: 보통 PCR을 사용하는 진단키트들은 보통 세 개 정도의 유전자 단편을 탐지. 바이러스를 검출하기 위해 여러 타깃을 가지고 있기 때문에, 한 타깃에 변이가 일어난다고 해서 진단이 되지 않을 가능성은 적음
4. 항체 치료제들의 효능이 적어질 가능성 (8번 참조)
5. 백신 무효화 가능성 (8번 참조)

 

8. 백신에 어떤 영향을 준다는 것인지?

 

특히 5번에 관하여, FDA 승인된 mRNA 백신들은 다중 클론항체를 생성하게 되므로 아직 문제는 없음.

모더나와 화이자의 mRNA 백신

- mRNA 백신은 체내 주사 후, 바이러스 표면에서 발견할 수 있는 '스파이크 단백질'을 만들도록 세포에 지시

- 이 '스파이크 단백질'은 바이러스 유전자를 포함하고 있지 않으므로, 스파이크 단백질 자체는 인체에 무해함

- 이렇게 만들어진 단백질 조각들은 항원제시 세포에 의해 세포 표면에 표시되게 됨 (antigen-presenting)

- 우리 몸의 면역체계는 이런 단백질 조각들이 우리 몸에서 자연적으로 만들어질 수 없는 단백질이므로 '적'이라고 인식하여 면역반응을 일으킴

- 면역반응을 일으키게 되면, 스파이크 단백질을 체내에서 제거할 수 있는 능력을 가진 '항체'들을 만들기 시작함

- 이 과정이 끝나면, 우리 몸은 향후 감염을 방어할 수 있는 보호 기능을 가지게 됨

 

 

- 타 회사에서 개발 중인 '항체' 치료제들은 사람 몸밖에서 인위적으로 만들어진 항체를 사람에 주사하여 치료효과를 보고자 하는 것임

- 즉, 변이체에 좀 더 빠르게 대응할 수 있는 것은 mRNA백신 (몸에 넣어주는 스파이크 단백질의 디자인을 변경하면 되는 것이므로..)

 

앞에서 말했듯이, 바이러스는 계속해서 변이체를 생성해 내기 때문에, 하나의 변이가 생겼다고 해서 바로 큰 문제가 되지는 않음. 하지만 이러한 변이들이 축적되게 되면, 현재 개발 중인 백신이나 치료제의 효능이 듣지 않는 바이러스가 되어 면역 기전을 회피할 가능성이 있기 때문에 우려를 표하고 있는 것. 물론 백신으로 인해 바이러스의 감염을 촉진시키는 등의 부작용을 유도할 가능성 등도 부정할 수는 없으나 아직까지는 알려진 것은 없다.

 

가장 좋은 것은 현재 개발된 백신들이 변이체에도 잘 적용되어 백신으로서의 효과를 보이는 것. 확실히 바이러스를 비활성화시킨 거나 약화시켜 주입하는 불활성화 백신 또는 약독화 백신은 변이체에 대한 대응이 늦어질 수밖에 없을 것으로 보인다. mRNA 백신의 강점이 이러한 점에 가장 빨리 대응할 수 있는 플랫폼이라는 것.

 

당연히 비슷한 맥락에서 항체치료제도 '치료제'로서 그 중화능력에 차이가 있을지는 사실 테스트해보지 않고는 아직 모르는 상황이긴 하나, 만약 중화효과를 보이지 않거나, 부작용이 유도된다면 그 치료제는 아예 다시 만들어야 할지도 모른다. 위에 설명했듯, 모든 것은 가능성의 문제이니 아직은 검증된 결과가 발표되기 전까지는 모른다.

 

특히 백신이 보급되기 시작하면, 바이러스 선택압 (selective pressure)가 변화하게 되는데, 이는 바이러스가 해당 백신을 피하기 시작하는 변이를 계속 누적시킬 가능성이 생긴다는 것이다. 만약 이런 것이 반복된다면? 변이체에 계속해서 대응해야 되는 최악의 상황이 올 거라고 상상하고 싶진 않은 것이다. 

 

 

참고자료

참고자료

Cener for Disease Control and Prevention. Implications of the Emerging SARS-CoV-2 Variant VOC 202012/01, Dec 22, 2020

www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/more/scientific-brief-emerging-variant.html

Coronavirus Disease 2019 (COVID-19)

European Centre for Diseases Prevention and Control. Rapid increase of a SARS-CoV-2 variant with multiple spike protein mutations observed in the UK. Dec 20, 2020, ECDC: Stockholm: 2020

www.ecdc.europa.eu/en/publications-data/threat-assessment-brief-rapid-increase-sars-cov-2-variant-united-kingdom

Threat Assessment Brief: Rapid increase of a SARS-CoV-2 variant with multiple spike protein mutations observed in the United Kin

Preliminary genomic characterisation of an emergent SARS-CoV 2 lineage in the UK defined by a novel set of spike mutations. Dec 19, 2020

virological.org/t/preliminary-genomic-characterisation-of-an-emergent-sars-cov-2-lineage-in-the-uk-defined-by-a-novel-set-of-spike-mutations/563

Preliminary genomic characterisation of an emergent SARS-CoV-2 lineage in the UK defined by a novel set of spike mutations