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오미크론의 하위 변이만 해도 100가지가 넘는다

코로나바이러스는 2019년 12월 31일 중국 후베이성 우한에서 원인 불명의 폐렴 환자가 발생한 이후로 알파 변이, 베타 변이, 델타 변이 등을 거치며 현재 오미크론 변이로 진화를 거듭해오고 있다. 이미 3년이 넘는 시간 동안 인류를 괴롭히고 있는 코로나바이러스는 여전히 끝날 기미가 보이지 않는다. 코로나바이러스는 변이뿐 아니라 각 변이로부터 파생되는 하위 변위도 매우 많기 때문이다. 2022년 8월, 오미크론의 하위 변이만 해도 130개가 넘는 것으로 보고되고 있다.

오미크론 변이는 왜 이렇게 빨리 확산될까? 

현재 많은 사람이 이미 예방 접종을 받았음에도 불구하고 유럽을 중심으로 전 세계에서 오미크론 하위 변이 BA. 4 및 BA. 5가 꾸준히 증가하고 있다. 오미크론 하위 변이들은 왜 이렇게 빠르게 확산되는 것일까?

오미크론뿐 아니라 보통 어떤 바이러스의 새로운 하위변이체들은 바이러스의 기능이나 작용기작을 변경하며 진화한다. 일반적으로 이러한 변이체는 감염률이나 질병 중증도(혹은 함께)를 증가시키곤 한다. 델타와 오미크론 변이가 차례대로 코로나바이러스의 우세종으로 자리 잡은 현재, 과학자들은 위 변이들에 대해서 이해하기 시작하고 있다.

먼저 각 변이는 특정 돌연변이로 인해 각각 다른 특징을 지니게 된다. 예를 들면 델타 변이는 더 치명적이고 오미크론 변이는 더 전염성이 강하다. 이는 코로나바이러스가 세포에 들어가는 방식과 우리의 면역 체계가 이를 퇴치 하는 방식에 따라 달라진다.

오미크론은 우리 면역 체계로부터 회피에 능숙하다

미주리 대학교(University of Missouri)의 사트빅 캐넌 박사(Dr. Saathvik R. Kannan)와 오스틴 스프랫 박사(Dr. Austin N. Spratt)가 이끄는 최근 연구에 따르면 오미크론 변이는 우리의 면역 체계를 더 잘 피할 수 있기에 전염성이 강한 것으로 나타났다.

예방 접종이나 감염으로 인한 항체는 우리 몸을 순환하며 바이러스를 사냥할 준비를 하고 있다. 우리 몸이 바이러스의 스파이크 단백질을 통하여 코로나바이러스를 감지하면, 바이러스가 중화되도록 면역 체계에 신호를 보내게 된다. 하지만 오미크론 하위 변이(BA. 1, BA. 2, BA. 4 및 BA. 5 등)의 스파이크 단백질 구조(항체가 스파이크 단백질에 결합하는 부분이 돌연변이가 일어나면서 다른 부분을 인식하도록 유발하며 항체를 회피할 수 있도록)에 돌연변이가 일어나 윗부분이 변경된 상태로 진화했다. 이 때문에 몸에 있던 항체는 오미크론 바이러스 입자를 사냥하고 파괴하는 데 능숙하지 못하다.

이러한 결과적으로 스파이크 단백질 구조가 유발하는 회피성은 2021년 11월 남아프리카 공화국에서 오미크론 변이가 처음 확인된 후 급속한 감염 증가를 불러일으켰다.

참고로 사우스 오스트레일리아 대학교에서 생물통계 및 역학을 연구하고 있는 에이드리언 에스테르만 교수(Prof. Adrian Esterman)에 따르면 감염병이 전파되는 속도를 나타내는 변수인 기초감염재생산수(basic reproduction number, 백신 또는 이전 감염으로 인한 면역이 없는 인구 집단에서의 감염 수)가 오미크론 BA.1변이는 9.5인데 비해, BA. 2는 BA. 1보다 1.4배 더 전염성이 있는 13.3을 나타낸다고 한다. 반면, BA. 4와 BA. 5는 18.6으로, 우한 균주가 3.3이며 델타가 5.1임에 비교하면 현저히 높은 기초감염재생산수를 보여주고 있다. BA. 4와 BA. 5는 인류 역사상 가장 높은 기초감염재생산수를 보이고 있다. (이전 최고 기초감염재생산수: 홍역 바이러스 measles virus의 기초감염재생산수 16-18)

델타 변이는 더 치명적이다

그렇다면 델타가 더 치명적인 이유는 무엇일까? 최근 오미크론과 켄타우로스변이가 기승을 부리는 탓에 많은 사람들은 델타 변이를 잊어버렸지만, 델타 변이는 가장 치명적인 코로나바이러스이다. 감염된 환자들 사이에서 더 심각한 증상을 유발하고 사망률을 증가시켰기 때문이다. 최근 영국 통계에 따르면 오미크론 변이로 인한 사망 위험은 델타 감염보다 67% 낮은 것으로 나타났다.

델타가 치명적인 이유도 바이러스 표면 돌기인 스파이크 단백질의 돌연변이 때문인데, 콜로라도 대학교 안슈츠 의학 캠퍼스(University of Colorado Anschutz Medical Campus)의 캐시 패트릭 박사(Dr. Casey Patrick)가 이끄는 최근 미국 연구팀의 결과에 따르면 델타 변이체의 스파이크 단백질에서 두 가지 돌연변이가 일어나 스파이크 단백질의 발현이 크게 증가하기 때문이라고 한다. 바이러스가 우리 몸에 들어올 때, ACE2라고 부르는 단백질은 우리 몸 세포로 들어가는 문과 같은 역할을 한다. 일반적으로 문이 닫혀 있으면 열쇠가 필요하듯이 델타 변이체에서 발현된 돌연변이는 ACE2를 속여 세포로 들어갈 수 있게 만든다.

일단 바이러스가 열쇠를 얻어서 몸속에 들어오면 자신을 복제하고 퍼지게 된다. 따라서 생물학적 측면에서 치명률에서 가장 중요한 변수는 ACE2에 결합할 수 있는 스파이크 단백질의 개수가 될 수 있다. 앞선 설명과 같이 델타 변이의 경우 스파이크 단백질이 많으므로 세포에 들어가 번식하는 확률이 높아지게 되고 자연스럽게 체내에서 더 많은 양의 코로나바이러스가 발생하는 것이다.

연구팀은 돌연변이가 바이러스를 무력화하는 면역 체계의 능력에도 어떤 영향을 미치는지 조사했는데, 델타 변이는 우리 몸의 항체들이 바이러스에 결합하기 위한 단백질 결합을 감소시킴을 발견했다. 이는 자연스럽게 더 높은 감염률과 더 악화된 증상을 유발하게 된다.

미래의 백신은 새로운 변종과 싸울 수 있어야 한다

코로나바이러스 백신은 수많은 부작용에도, 전 세계적으로 사망률과 심각한 증상을 감소시키는 절반 이상의 성공을 거두었다고 평가받고 있다. 하지만 현재 코로나바이러스의 수많은 변종이 나타난 것처럼 미래에도 그러지 않으리라는 보장이 없다.

보통의 바이러스가 전염성이 높아지거나 치명률이 높아지는 방식으로 (혹은 두 가지 특징 모두) 진화하기에, 과학자들은 새로운 변종에 대처할 수 있도록 우리 면역 체계를 훈련 시키는 새로운 코로나바이러스 백신의 개발을 위한 잰걸음을 시도하고 있다. 패트릭 박사 연구팀의 크리샤 말레라 박사(Dr. Krishna M G Mallela)에 따르면 전 세계적으로 임상 시험 중인 백신 후보가 약 220개나 된다고 한다. 말레라 박사는 새로운 백신은 여러 변이를 처리하는데 더 적합한 면역 반응을 생성하도록 도울 것이라고 설명했다. 예를 들면 미국과 영국의 한 연구팀은 최근 오미크론과 같은 새로운 코로나바이러스 변이에 대한 새로운 백신 기법을 선보였는데, 이는 새로운 나노입자 기술을 이용하여 변이체에 대한 표적 과정을 손쉽게 적응하는 기술이다.