그동안 과학자들은 코로나19를 유발하는 신종 바이러스(SARS-CoV-2)의 들쭉날쭉한 전파 능력에 대해 의문을 품어왔다.

미국 뉴욕, 이탈리아와 같은 특정 지역에서 바이러스가 더 빨리 전파됐다는 것. 과학자들은 그동안 의문을 풀기 위한 연구를 진행해왔고, 확산 속도를 급속히 빨라지게 하는 유전자를 발견했다.

‘D614G’란 명칭의 이 돌연변이 유전자는 세포 침투에 있어 핵심 역할을 맡고 있는 스파이크 단백질을 활성화해 그 수를 4~5배 더 늘리고 있었다. 어떤 이유로 감염 속도가 빨라지는지 구체적인 연구결과가 발표된 것은 이번이 처음이다.

스파이크 단백질 생성량 4~5배 늘어나

16일 ‘로이터’, ‘메디컬 엑스프레스’ 등 주요 언론들은 미국 스크립스연구소의 과학자들이 지역에 따른 바이러스 전파속도의 원인을 밝혀냈다고 보도했다.

연구 결과는 12일 생명과학 분야 논문 사전 출판 사이트인 ‘바이오아카이브(bioRxiv)’에 게재됐다. 논문 제목은 ‘The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity’이다.

핵심적인 연구는 바이러스학자인 최혜련(Hyeryun Choe) 교수와 마이클 파르잔(Michael Farzan) 교수 연구팀이 역할을 분담해 수행했다. 이번 연구는 미 국립보건원(NIH)의 지원을 받고 있다.

스크립스연구소 연구팀은 그동안 다른 지역과 비교해 미국, 유럽 등에서 코로나19 전파 속도가 빨랐던 점에 주목하고 그 원인을 찾고 있었다.

그리고 ‘D614G’란 유전자가 돌연변이를 일으켜 스파이크 단백질의 수를 4~5배 늘리고 세포 간의 전파를 더 빨라지게 했으며, 미국‧유럽 등지에서 더 빨라진 코로나19 감염 속도에 큰 영향을 미치고 있었다는 사실을 확인할 수 있었다.

과학자들은 그동안 신종 바이러스의 정체를 밝히기 위해 바이러스 표면에 10~15nm 길이로 돌기처럼 솟아 있는 스파이크 단백질 분석에 총력을 기울여왔다.

연구에 참여한 파르잔 교수는 ‘메디컬 엑스프레스’와의 인터뷰를 통해 “새로 발견한 유전자 ‘D614G’가 스파이크 단백질 생성 외에도 골격(spikes' backbone)을 더 유연하게 해 사람 세포와의 결합을 더 수월하게 하고 있었다.”고 설명했다.

이번 연구는 젠뱅크(GenBank)를 통해 수행됐다. 미국 국립생물공학정보센터(NCBI)가 염기서열 데이터를 축적해 제공하는 세계적인 공공 염기서열 데이터베이스를 말한다.

미국, 유럽의 빠른 감염 원인 밝혀져

연구 결과 지난 2월 신종 바이러스에서는 ‘D614G’가 발견되지 않았다.

그러나 3월부터 새로 등장한 바이러스에게서 ‘D614G’가 발견되기 시작했고, 지난 5월에는 이 유전자를 내포한 비율이 70%에 달했다.

연구에 참여한 최혜련 교수는 “지난 수개월간 변종 바이러스(SARS-CoV-2)가 세계 전역에서 코로나19 감염 속도에 영향을 미치고 있었다는 사실이 데이터를 통해 명확히 확인되고 있다.”고 말했다.

교수는 또 “이 돌연변이 유전자로 인해 지속적으로 출현하고 있는 변종 바이러스가  어떻게 전파될 것인지를 예상하게 하는 코로나19 확산의 변수가 되고 있다.”고 설명했다.

지금까지 연구에 의하면 유전자 돌연변이가 스파이크 단백질을 변형시켜 감염 속도에 영향을 주었다는 것이 확인되고 있다. 그러나 변형된 바이러스가 감염된 환자에게 어떤 영향을 주었는지는 아직 밝혀지지 않은 상태다.

연구팀은 현재 치명적인 상태에 있거나 사망한 감염자로부터 바이러스를 수집해 변형된 유전자가 환자에게 어떤 영향을 미치고 있는지 분석하고 있는 중이다. 최 교수는 “최종 결과를 얻기 위해 더 많은 바이러스 표본과 데이터가 필요하다.”고 말했다.

돌연변이로 인한 변종 바이러스의 출현은 백신, 치료제 개발 노력을 더욱 어렵게 하는 요인으로 여겨질 수 있다. 그러나 희망적인 결과도 나타나고 있다.

‘D614G’ 유전자가 있는 바이러스와 없는 바이러스를 구분해 사람의 면역력과 어떤 상관관계가 있는지 비교 분석을 진행한 결과 어떤 바이러스든지 인체 내에서 면역 반응이 순조롭게 일어나고 있다는 사실을 확인할 수 있었다.

이는 어떤 바이러스든 백신 개발이 순조롭게 이루어질 수 있다는 것을 말해주는 것이다.

논문을 접한 과학자들은 “최 교수와 파르잔 교수 연구팀의 연구 결과가 신종 바이러스와 관련해 매우 중요한 점을 시사하고 있다.”고 말했다.

워싱턴주립대학의 미생물학자 마이클 레트코(Michael Letko) 교수는 “그동안 과학자들이 스파이크 단백질에 초점을 맞추고 연구를 진행해왔으나 특별한 성과가 없던 상황에서 중요한 연구 결과가 나왔다.”며 후속 연구를 서둘러줄 것을 주문했다.