바이오인

1. 개요

1.1 신종 코로나바이러스의 출현

2019년 말, 중국 후베이성 우한시에서 다수의 사람에게서 중증 폐렴 증상이 나타났다. 원인이 명확히 밝혀지지 않은 이 폐렴은 11월쯤 발생한 것으로 예측되었으며 폐렴 환자들은 주로 고열, 마른기침, 피로 증상이 나타났다. 2019년 12월 31일 중국 정부는 우한시의 화난(華南) 수산시장과 관련된 환자들이 다수 발생하였음을 세계보건기구(WHO)에 보고하였다. 그리고 2020년 1월 1일에는 수산시장을 폐쇄하고 역학조사에 들어갔다. 환자들이 급증하기 시작하자 중국 정부는 1월 23일 도시를 봉쇄하였으나 바이러스는 이미 중국 전역과 전 세계로 퍼져나가기 시작했다. 

WHO는 공식적으로 3월 11일 팬데믹(Pandemic)을 선언하였고 2020년 5월 말, 전 세계적으로 5백만 명의 확진자와 33만 명의 사망환자가 발생하였다. 그리고 현재 11월까지 확산세가 감소하지 않은 채 6천만의 확진자와 140만 명의 사망자가 발생하고 있다.[1]

1.2 코로나바이러스 검출

전염병을 일으키는 원인체를 찾아내는 일반적인 과정은 다음과 같다. 우선 유전자 증폭 검출법(PCR)으로 환자의 검체를 검사하고, 병변이 나타난 조직을 생검해 조직 검사를 하여 원인체를 추정한다. 여기서 원인이 발견되지 않으면, 전자현미경으로 원인체의 크기와 형태를 파악하여 원인체의 계통을 유추한다. 

환자의 검체에서 추출한 유전자는 유추된 바이러스 계통을 검출할 수 있는 Universal Primers를 사용하거나 차세대 염기서열분석법(Next generation sequence, NGS)을 통해 상동성이 높은 바이러스를 찾아내어 신종인지 아니면 과거에 밝혀진 종의 아종인지를 구분할 수 있다.

2019년 12월 과학자들은 중국에서 나타난 폐렴 환자로부터 바이러스를 분리하였고 β-코로나바이러스 계통임을 밝혀내었다. 그리고 이 바이러스를 기존 분석된 바이러스와 상동일치성을 비교해 보았을 때, 두 개의 severe acute respiratory syndrome (SARS)-like 박쥐 코로나바이러스(bat-SL-CoVZC45 와 bat-SL-CoVZXC21)와 88%의 높은 일치율을 보였다. 2003년 전 세계적으로 유행했던 SARS-CoV (Severe acute respiratory syndrome Coronavirus)와 비교한 결과 79.5%, 2015년 한국에서 지역적 유행(epidemic)이 있었던 MERS-CoV (Middle East respiratory syndrome coronavirus Coronavirus) 와는 오직 50% 정도만 일치함을 보였다. [2-3] 

이 바이러스는 SARS-CoV와 유전적으로 상이한 신종 바이러스로 밝혀졌으며 SARS-CoV-2 라고 명명하였고, 약 3만개의 염기와 10개의 유전자를 갖는 a single positive stranded RNA 바이러스임을 보고하였다.[4] 그리고 이 바이러스는 Spike(S) 단백질의 recepter binding domain을 통해 숙주의 ACE2(angiotensin-converting enzyme 2)에 결합하여 세포내로 침투하는 것을 밝혀내었다.[5] SARS-CoV-2에 의해 생긴 질환을 COVID-19(coronavirus disease 2019)라고 하며, 일반적으로 열, 기침, 숨가쁨, 피로와 같은 증상이 나타난다.[6-7] 

중국 질병예방통제센터는 중국 내 초기 확진자 7만 명을 대상으로 분석한 결과 20%의 환자가 극심한 증상으로 입원이 필요하며 전체 5%의 환자는 중환자실 (intensive care unit) 치료가 필요하다고 보고하였다.[8] 그리고 신종 코로나 SARS-CoV-2는 3.4%~6.6%의 치사율이 예측되었는데 이는 기존의 SARS(9.6%)나 MERS(34.3%)에 비해 낮은 수준으로 판단되었다.[9-11] 또한, 65세 이상의 환자 또는 만성 폐 질환, 심각한 심장질환을 앓고 있거나, 고혈압, 비만, 당뇨와 같이 만성질환을 동시에 앓을 때는 높은 사망률을 보인다고 보고하였다.[12-14]

2. 본론

1.1 돌연변이 분석

신종 코로나바이러스인 SARS-CoV-2 유전체는 GISAID‘s Epi-Flu Database(국제 인플루엔자 데이터공유 이니셔티브), GenBank(미국 NCBI) 그리고 Chinese National Genomics Data Center(NGDC) Genome Warehouse에서 다운로드 받을 수 있으며 우한에서 2019년 12월에 수집된 SARS-CoV-2의 유전체 NC_045512(GenBank)가 표준 유전체(reference)로 분석에 활용되고 있다. 표준 유전체를 기준으로 환자로부터 검출된 코로나바이러스 유전체들을 비교 분석을 실시하여 돌연변이들을 찾아내는데, 단백질로 번역되는 지역 내 돌연변이의 경우 그 위치에 상응하는 아미노산의 변화로 확인할 수 있다.