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치료제 개발에 활용

기초지원연·전북대 의대, 뇌 흐림 등 중증반응 햄스터 찾아내

한국기초과학지원연구원은 정혜종 박사와 전북대 의대 홍성출 교수 공동 연구팀이 중증 코로나19 증상을 나타내는 햄스터 감염모델을 최초로 개발했다고 28일 밝혔다.

경증 코로나19는 감기와 비슷한 증상을 보이다가 자연 치유되는 경우가 많지만, 중증 코로나19는 높은 치사율을 보이는 것은 물론 완치 후에도 브레인포그(brain fog·뇌 흐림, 머릿속에 안개가 낀 것처럼 멍한 느낌이 지속되는 증상), 후각 상실 등 심각한 후유증을 낳는다.

중증 코로나19 치료를 위해서는 사람의 중증 코로나19 증상을 나타내는 동물 감염모델이 필요하다.

기존 코로나19 감염 동물모델은 호흡기 증상과 폐렴 등 증상만 나타내 경증 코로나19나 단순 호흡기 염증 감염모델에 가까웠다.

사람과 가장 흡사한 영장류 모델도 우편향 폐렴(오른쪽 폐에 염증이 더 심해진 형태를 보이는 폐렴), 발열, 뇌나 간 등으로 바이러스가 전이되는 이차감염 증상이 없어 연구에 한계가 있었다.

연구팀은 자체 보유한 고령동물생육시설 내 실험용 쥐와 햄스터 등을 대상으로 코로나19 바이러스에 대한 감수성 스크리닝을 시행해 사람과 가장 유사한 중증 반응을 나타내는 유전적인 형태를 보이는 햄스터를 발굴, ‘SH101 햄스터’라고 명명했다.

개발한 햄스터 모델은 우편향 폐렴, 발열, 이차감염 등 사람의 중증 코로나19 감염 증상을 그대로 나타냈다.

코로나19 치료제와 백신 등 개발을 위한 임상시험 기간을 획기적으로 줄이고 중증 코로나19 원인을 밝히는 데 기여할 것으로 기대된다.

“코로나19, 독감 같은 ‘계절 감염병’이다”

실내 환기 통한 ‘공기 위생’ 중요

코로나19가 계절성 인플루엔자와 매우 유사하게 낮은 온도 및 습도와 관련된 계절 감염병이라는 강력한 증거가 제시됐다.

스페인 바로셀로나 글로벌 건강연구소(ISGlobal) 팀은 관련 연구 결과를 ‘네이처 전산 과학’(Nature Computational Science) 21일 자에 발표하고, 코로나19 원인 바이러스인 SARS-CoV-2가 상당 부분 공기 매개로 전파되며, 따라서 ‘공기 위생(air hygiene)’을 촉진할 조치들이 이뤄져야 한다고 강조했다.

이와 관련해 떠오르는 SARS-CoV-2에 관한 핵심 질문은 이 바이러스가 인플루엔자와 같은 계절성 바이러스처럼 행동하거나 혹은 행동할 것인가, 아니면 연중 어느 때라도 전염될 것인가 하는 점이다.

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코로나19를 일으키는 SARS-CoV-2의 전파와 생애 주기 © WikiCommons / Colin D. Funk, Craig Laferrière, and Ali Ardakani

전파율이 높을수록 낮은 온도 및 습도와 관련돼

최초의 이론적 모델링 연구는 수많은 사람들이 이 바이러스에 대한 면역이 없어 쉽게 감염될 수 있기 때문에, 기후가 코로나19 전파의 동인(driver)은 아니라고 제안했다.

그러나 일부 관측에 따르면, 중국에서 발생한 코로나19 초기 전파는 습도가 낮고 기온도 섭씨 5~10도 정도로 낮은 북위 30도와 50도 사이 지역에서 발생한 것으로 제시됐다.

이번 연구의 코디네이터이자 ISGlobal의 ‘기후와 건강 프로그램’ 책임자인 샤비에르 로도(Xavier Rodó) 박사는 “코로나19가 진정한 계절성 질병이냐는 질문은 (방역이나 치료 등) 효과적인 개입 조치를 결정하는 의미를 지니고 있어 점점 더 중요해지고 있다”고 설명했다.

로도 박사팀은 이 질문에 답하기 위해 먼저 사람들이 코로나19에 대응해 행동을 바꾸고 공중 보건정책이 시행되기 전, 5개 대륙 162개국의 코로나19 확산 초기 단계에서의 온도와 습도 관련성을 분석했다.

분석 결과, 지구적 규모에서 전파율(R0)과 온도 및 습도 사이에는 음(negative)의 관계가 있는 것으로 나타났다. 즉, 전파율이 높을수록 낮은 온도 및 습도와 연관성이 있었다.

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감염된 사람에게서 나온 더 큰 비말과 에어로졸 입자가 생성돼 퍼져 나가는 모습. © WikiCommons / Song Tang

1~3차 팬데믹 파동에서 일관된 패턴 나타내

연구팀은 기후와 질병 사이의 이런 연관성이 시간이 지남에 따라 어떻게 진화했는지, 그리고 다른 지리적 규모에서도 일치하는지를 분석했다. 이를 위해 특별히 개발한 통계 방법을 사용해 서로 다른 시간의 창에서 유사한 변동 패턴을 식별해 냈다.

이들은 다시 짧은 시간의 창에서도 질병(사례 수)과 기후(온도와 습도) 사이의 강력한 음의 관계를 발견했다. 전 세계와 각 나라, 롬바르디아와 튀링겐 및 카탈루냐 같이 영향을 많이 받는 지방 안의 개별 지역과, 바르셀로나와 같은 도시 수준에 이르기까지의 상이한 공간 규모에서 발생한 1차, 2차, 3차의 팬데믹 파동에서도 일관된 패턴을 나타냈다.

1차 팬데믹 파동은 기온과 습도가 높아지면서 약해졌고, 두 번째 파동은 기온과 습도가 낮아지면서 올라갔다. 그러나 이 패턴은 모든 대륙에서의 여름철에 깨졌다. 논문 제1저자인 ISGlobal의 알레한드로 폰탈(Alejandro Fontal) 연구원은 “이는 젊은이들의 대규모 모임과 관광, 에어컨 등 여러 요인으로 설명될 수 있다”고 말했다.

바이러스가 늦게 도달한 남반구 국가들의 모든 규모에서 일시적인 상관관계를 분석하기 위해 모델을 적용했을 때도 동일한 음의 상관관계가 관찰됐다.

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공기 매개에 의한 코로나19의 전파를 나타낸 도해 © WikiCommons / Renyi Zhang, Yixin Li, Annie L. Zhang, Yuan Wang, and Mario J. Molina

실내 환기 통한 ‘공기 위생’ 중요

기후 영향은 섭씨 12~18도 사이 온도와 4~12 g/m³ 사이의 습도에서 가장 분명하게 나타났다. 연구팀은 그러나 이런 범위가 짧은 기록만을 사용할 수 있었기 때문에 아직은 암시적일 뿐이라고 덧붙였다.

연구팀은 마지막으로 역학 모델을 사용해, 온도를 전파율에 통합하는 것이 다른 파동들의 상승과 하강, 특히 유럽에서의 1차와 3차 파동을 예측하는데 더 효과적이라는 것을 보여주었다.

로도 박사는 “전체적으로 보아 우리 연구는 코로나19가 인플루엔자나 이보다 더 약하고 주기적으로 순환하는 코로나바이러스와 유사한, 진정한 계절성 저온 감염병이라는 견해를 뒷받침한다”고 밝혔다.

이런 계절성은 SARS-CoV-2 전파에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 그 이유는 낮은 습도 조건이 에어로졸의 크기를 줄여 인플루엔자와 같은 계절성 바이러스의 공기 매개 전파를 증가시키는 것으로 나타났기 때문이다.

로도 박사는 “이런 연관성은 에어로졸이 오랫동안 공기 중에서의 부유 상태를 유지할 수 있기 때문에 개선된 실내 환기를 통한 ‘공기 위생’의 중요성을 부각시킨다”고 말하고, 코로나19 통제 조치의 평가와 계획에 기상 매개변수를 포함할 필요가 있다고 강조했다.