바이오인

 지카 바이러스와 싸우기 위한 해법을 계산하다

- 질병 완화를 위해 중요한 역할을 수행하는 연구재단 지원을 받은 수학자들

【그림설명】 수학자들은 지카 바이러스와 싸우는 새로운 접근법을 연구하기 위하여 가상 세계를 창조

  ㅇ 수학자들은 다른 과학자들과 함께 Wolbachia 박테리아에 감염된 모기들을 야생에 도입하는 것을 모사하는 모델을 만들기 위해 작업

  ㅇ 만약 성공적이라면, 백신이 개발될 때까지 이는 모기들의 삶을 줄이고 지카 감염 비율을 낮출 수 있을 전망

* 제공 : Fun Guy Inspections/CC BY-NC-SA 2.0

□ 수천 명의 신생아들이 무수한 지적 및 발달 장애를 야기할 수 있는 소위 소두증이라고 불리는 희귀 신경질환의 결과로 작고 제대로 형성되지 못한 머리를 가지고 태어난 사진들은 가슴 아픔

  ㅇ 범인은? 남아메리카의 많은 부분을 휩쓸고 보다 최근에는 플로리다에 상륙한 모기 매개 바이러스인 지카바이러스

□ 그러나 신생아들만이 지카 바이러스의 유일한 희생자는 아님

  ㅇ 지카 바이러스에 감염된 성인 남성과 여성도 심신을 쇠약하게 하고 더 나아가 생명을 위협하는 질병을 일으킬 위험에 노출

  ㅇ 지카는 현대 의학의 도전으로 올해 하계 올림픽을 포함하여 바이러스 전파에 관한 중요한 근심을 야기

□ Zika를 매개하는 모기(A. aegypti)가 공중 보건을 위협한 것은 이번이 처음이 아님

  ㅇ 다수 바이러스들의 매개자로서, 이 모기 종은 뎅기열, 치쿤구니야 및 황열병대유행을 야기

  ㅇ 20세기 전환 시점에 노벨상 수상자인 영국 의사인 Ronald Ross 경은 말라리아의 전파 역학을 결정하기 위하여 수식을 사용

  ㅇ 그 이후, 연구재단의 지원을 받은 이들을 포함하여 연구자들은 매개체 유래 질병들을 추적하고 싸우기 위해서 수학적 모델들을

      사용해 왔음

□ 이러한 연구자 중 한 명은 매개체 유래 질병과 관련한 연구를 15년 이상 수행해 온 수학자 Mac Hyman

  ㅇ Hyman은 적어도 연구자들이 지카 백신을 개발할 때까지 박테리아를 가지고 A. aegypti와 어떻게 싸울지를 추적하기 위한

     모델을 개발하기 위해서 현재 다른 과학자들과 작업 중

□ Tulane 대학교 소속으로 연구재단 및 국립보건원 연구비 지원을 받는 연구자인 Hyman은 Wolbachia 박테리아로 모기들을 감염시키는 것에 기반한 새로운 통제 기작에 관한 모델을 만들고 있다고 언급

  ㅇ 이 아이디어는 A. aegypti 모기들에서 Wolbachia 유행병을 일으켜서 바이러스를 덜 전파하도록 하는 것이라고 설명

  ㅇ Wolbachia는 A. aegypti에서는 아니지만 곤충 집단들의 25-75%에서 이미 자연적으로 발생

  ㅇ 이 박테리아로 모기들을 감염시키면 생존가능한 알들을 낳는 능력을 저감시키고 그들의 수명을 하루나 이틀 감소시키는 것이 가능하다고 강조

□ 이는 별 것 아닌 것으로 들릴 수 있지만 모기들은 오직 약 2주간만 생존

  ㅇ 병을 운반하는 모기가 감염성이 되기 위해서는 일주일 정도가 필요하기 때문에 대부분의 지카 감염 모기들은 그들의 생애에서 오직 마지막 며칠 동안만 감염성

  ㅇ 비록 며칠이라도 생애를 감소시킨다면 이는 그들의 지카 바이러스 전파 능력에 큰 영향을 주는 것이 가능

□ 지카와 같은 유행병들을 완화하기 위해 일하는 수학자들은 종종 역학자, 공중 보건 전문가, 곤충학자 및 다른 연구자들과 공중 보건 위기를 어떻게 가장 잘 다룰 것인가를 모사하는 적절한 모델을 개발하기 위해 팀을 구성

  ㅇ Hyman의 모델은 지카에 고통받는 지역에 박테리아가 주입된 모기들을 의도적 또는 비의도적으로 방출한 결과를 보이는 것이 목표

□ 이 접근법의 도전들 중 하나는 야생에서 새로운 박테리아에 감염된 모기 집단이 바이러스를 매개하는 집단을 대체하는 능력을 유지할 수 있는 절차들을 설계하는 것

  ㅇ Hyman은 만약 소수의 박테리아 감염된 모기들을 야생 집단에 도입한다면 감염은 빠르게 없어질 것이라고 설명

□ 박테리아가 더 광범위한 집단을 장악할 수 있는 ‘역치 조건’을 수립하기 이전에 처음 이 작업을 했을 때, 분석결과 야생 모기들의 적어도 40%가 박테리아로 감염되어야 한다는 예측치를 얻을 수 있었다고 언급

  ㅇ 그것이 Hyman이 가상세계에 주목했을 때이다.

가상세계에서의 모기들

□ Hyman과 그의 박사후 연구원 Ling Xue는 살포와 대부분의 야생 모기들을 죽임으로써 야생 집단을 최초로 감소시킨 컴퓨터 상의 가상세계를 제작

  ㅇ 그는 그리고 나서 Wolbachia 박테리아에 감염된 모기들이 풍토병 집단을 구축하는지를 관찰하기 위하여 이들을 방출

  ㅇ 이는 작동하지 않았음

  ㅇ 새롭게 부화된 모기들은 감염되지 않았으며 박테리아에 감염된 집단이 이를 유지하기 위해 필요한 역치인 40% 이하로 감소함에따라 감염은 중단

□ Hyman은 그의 박테리아 감염된 모기 집단을 유지하기 위해서는 성체와 함께 야생의 지카 보유 집단의 알들과 유충들이 모기들을 방출하기 전에 죽일 필요가 있다고 결론

□ 통찰해볼 때 이 해법은 명백했지만 최초의 가상세계 실험을 했을 때 모기의 전체 생애주기를 고려하는 것이 얼마나 중요한지를 인식하지 못했었다고 Hyman은 언급

  ㅇ 이것이 컴퓨터에서 실험을 수행하는 것의 장점들 중 하나라고 설명

  ㅇ 현장에서 완화노력을 이끄는 것을 돕기 위하여 모델에서 무엇이 작동하고 무엇이 작동하지 않는지를 찾아낼 수 있었다고 강조

□ Hyman은 이것은 영원한 해법이 아니라는 점을 빠르게 인정

  ㅇ 그 대신에 백신이 개발될 때까지 치쿤구니야나 뎅기열과 같은 질병과 함께 지카를 전파하는 A. aegypti 모기들을 능력을

      저감시킴으로서 시간을 확보

  ㅇ 그는 지카 매개 모기들을 내쫒기 위한 노력으로 Wolbachia 보유 모기들이 야생으로 아직 배포되지 않았음도 주목

□ Hyman은 지금 우리가 가지고 있는 최선의 완화 노력들은 모기들을 통제(살충제)하고 모기들에 사람들이 물릴 가능성을 저감(퇴치제)시키는 것에 기반한다고 언급

  ㅇ 이러한 질병들에 대해 시험되고 있는 백신들은 몇 년 내에 가용하게 될 것이며 그 때까지는 이러한 접근법이 감염을 전파하는 모기들의 능력을 늦추는 잠재력을 가지고 있다고 강조

연구의 축적

□ 비록 과학자들이 지카 바이러스 대유행과 같은 예상하지 못한 위기들을 빠르게 다루기 위해서 허둥댔지만, 그들은 해법을 찾기 위해서 해부학, 생물학, 역학, 수학적 모델링에서 기초 연구의 풍부하고 오래 지속된 축적들로부터 발굴

  ㅇ 채워지기 위해서는 수십 년 또는 종종 수세기가 걸리는 이 축적들로부터 끌어내는 능력은 우리 시대 도전들에 대해 보다 빠르고 자신감을 가지고 대응할 수 있도록 함

□ 이는 왜 연구재단이 광범위한 과학분야 들에 걸쳐 기초 연구를 지속적으로 지원하는지에 대한 이유 중 하나로 Hyman이 성공을 위해서 감사한 것

  ㅇ 연구재단은 지카, 에볼라 또는 치쿤구니야가 대유행하기도 전에 수년간 수학적인 유행병 모델 개발 및 분석을 지원했다고 언급

  ㅇ 그는 이번 연구는 새롭게 발생하는 질병들에 대응하기 위한 수학적 모델을 위한 기반을 마련했다고 언급

  ㅇ 만약 지카와 같은 위협이 먼저 발생한 후에 수학적인 모델을 만들려고 기다렸다면 이 바이러스가 어떻게 되는지 알기 위해서

      수년간을 기다려야만 한다고 설명

  ㅇ 그러나 연구재단이 이런 종류의 기초연구를 수십 년 동안 지원해 왔기 때문에 우리 공동체가 재빠르게 대응할 준비가

      되어있다고 강조

□ 연구재단 수리과학 부문 프로그램 책임자 Mary Ann Horn은 동의했으며 이러한 협력이 필수적이라고 언급

  ㅇ Horm은 수학적인 모델링과 분석을 통해서 감염된 것을 포함한 데이터 수집을 통해서는 바로 명확할 수 없는 질병의 전파와 통제에 대하여 배울 수 있다고 언급

  ㅇ 수학자들과 생물학자들 간의 협력은 우리의 이해를 보다 빠르게 진전시킨다고 설명

  ㅇ 이 프로젝트는 국립 일반 의학 과학 연구소와의 공동 연구비 지원으로 이루어졌으며 지카 바이러스의 이해에만 영향을 주는 것이 아니라 다른 질병들에도 영향을 미칠 것이라고 강조

[연구자 및 관련 정보]

□ 연구책임자 및 소속기관

  ㅇ James Hyman, Tulane 대학교

□ 관련 프로그램 및 연구비

  ㅇ Joint DMS/NIGMS Initiative to Support Research at the Interface of the Biological and Mathematical Sciences

  ㅇ #1563531 Multiscale Models for Predicting the Effectiveness of Mitigation Efforts in Controlling Vector-Borne Epidemics

  ㅇ 전체 연구비 : $434,289

□ 관련 기관

  ㅇ National Institutes of Health

  ㅇ National Institute of General Medical Sciences

 ㅇ 연구재단은 과학 및 공학이 전 분야에 걸쳐서 기초 연구 및 교육을 지원하는 독립적인 연방 기관

  - 2016년 회계연도에 기관 예산은 75억 달러

  - 연구재단은 모든 50개 주에 걸쳐 거의 2,000개 대학 및 다른 기관들에 연구비를 제공

  - 매년, 연구재단은 48,000건 이상의 경쟁 제안서를 접수하여 약 12,000 건의 새로운 연구비를 지원

  - 연구재단은 또한 6억 2천 6백만달러를 매년 전문적인 서비스 계약을 지원

  - 새로운 소식은 전자우편을 통해 얻을 수 있음

□ 유용한 연구재단 웹 주소들

  ㅇ 연구재단 홈 페이지 : http://www.nsf.gov

  ㅇ 연구재단 뉴스 : http://www.nsf.gov/news/

  ㅇ 뉴스 미디어 : http://www.nsf.gov/news/newsroom.jsp

  ㅇ 과학 및 공학 통계 : http://www.nsf.gov/statistics/

  ㅇ 연구비 검색 : http://www.nsf.gov/awardsearch/

* 출처 : 보도자료(2016년 8월 5일)
        (http://www.nsf.gov/discoveries/disc_summ.jsp?cntn_id=189414&WT.mc_id=USNSF_1)

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