인간 바이러스의 돌연변이에서 단 하나 빠져 있어
H5N1 조류독감 바이러스 게놈의 단일 돌연변이라도 병원균이 종에서 인간으로 옮겨갈 수 있다. 이러한 유전적 변화는 바이러스가 인간 세포를 감염시키기 더 쉽게 만들 것이다. 몇 가지 다른 돌연변이와 결합하면 인간 대 인간 전염이 가능해질 수 있다. 따라서 H5N1 변종에 대한 면밀한 모니터링이 시급히 권장된다고 연구진은 "Science"에서 강조했다.
▲ MDCK 세포(녹색으로 표시)에서 배양한 조류 인플루엔자 A H5N1 바이러스(금색으로 표시)의 컬러화된 투과 전자 현미경 사진. 조류 인플루엔자 A 바이러스는 일반적으로 인간을 감염시키지 않지만 1997년 이후로 인간 감염 및 발병 사례가 여러 건 보고되었다. 이러한 감염이 발생하면 공중 보건 당국은 이러한 상황을 면밀히 모니터링한다. wiki
미국에서는 현재 수백 마리의 젖소가 H5N1 조류독감 바이러스의 변종에 감염돼 있다. 또한 수십 명의 사람이 소나 아픈 새와의 긴밀한 접촉을 통해 감염됐다. 이 바이러스는 조류와 일부 해양 포유류에게 치명적인 경우가 많지만 인간에게는 경미한 증상만 유발했다. 캐나다에서는 지금까지 단 한 명의 젊은이만이 중병에 걸렸다.
H5N1 바이러스가 사람에게서 사람으로 전염될 수 있다는 증거는 아직 없다. 그렇지만 H5N1 인플루엔자 바이러스의 이 변종은 잠재적인 위협이자 다음 유행성 독감의 후보로 간주된다. 유전 물질의 돌연변이로 인해 병원체는 종에서 인간으로 도약하는 마지막 단계를 극복할 수 있다. 도대체 이 위험은 얼마나 큰가? 이를 위해 바이러스에는 어떤 속성이 필요할까?
결합 자리에 따라 다르다.
중요한 요인은 이전 독감 전염병에서 볼 수 있듯이 독감 바이러스가 숙주 세포에 부착되어 침투하기 위해 숙주 세포에 부착하는 단백질의 변화다. 헤마글루티닌이라고 불리는 이 단백질은 숙주 세포 표면의 수용체에 결합하는데, 수용체는 동물에 따라 조금씩 다르다. H5N1과 같은 조류 인플루엔자 바이러스는 주로 새에서 발견되는 시알산 함유 글리칸 수용체로 세포를 감염시킨다.
그러나 동물과 인간의 호흡기 세포에도 시알산을 함유한 유사한 글리칸 수용체가 있다. 바이러스가 조류 수용체 대신 인간 수용체를 우선적으로 사용하도록 변화한다면 인간 대 인간 감염이 가능할 수 있다. "수용체 결합은 전달성을 향한 중요한 단계다"고 La Jolla에 있는 Scripps 연구소의 선임 저자 Ian Wilson은 설명했다.
테스트에서 인간 수용체에 결합
과거에 몇몇 조류 바이러스가 이미 이 단계를 달성했다. 그러나 인간 간 감염과 전염에는 바이러스의 헤마글루티닌 단백질에 최소한 3개의 돌연변이가 필요했다. Wilson과 Scripps 연구소의 제1저자 Ting-Hui Lin이 이끄는 팀은 이제 이러한 돌연변이가 현재 H5N1 바이러스 유형의 수용체 결합에 얼마나 큰 영향을 미치는지 조사했다.
이를 위해 연구자들은 현재 미국 젖소에서 순환하고 있는 H5N1 바이러스 계통군 2.3.4.4b의 헤마글루티닌 단백질에 이러한 돌연변이 중 몇 가지를 도입하고 다양한 결합 테스트를 사용하여 단백질이 얼마나 잘 결합하는지 조사했다. 글리칸 수용체에 부착된 시알산을 함유한 인간 단백질에. 그들은 또한 이러한 헤마글루티닌 단백질의 결정 구조를 조사했다.
돌연변이 하나만 있어도 감염이 쉬워진다
조사된 돌연변이 중 하나인 Q226L만이 시알산을 함유한 인간 글리칸 수용체에 대한 H5N1 바이러스의 결합을 크게 개선한 것으로 나타났다. 그러면 헤마글루티닌 단백질은 새 수용체를 인식하지 못하지만 인간 수용체는 훨씬 더 잘 인식한다.
“우리의 실험에서는 Q226L 돌연변이가 인간형 수용체를 공격하고 결합하는 바이러스의 능력을 크게 증가시킬 수 있다는 것을 보여주었다. 이 돌연변이는 바이러스가 이전에는 갖지 못했던 인간 세포에 대한 보유력을 제공한다”고 Scripps 연구소의 공동 저자인 James Paulson은 설명했다. 두 번째 돌연변이인 N224K도 발생하면 효과가 강화된다. 돌연변이의 이름은 바이러스의 헤마글루티닌 단백질에 있는 단일 아미노산이 다른 아미노산으로 대체되었음을 나타낸다.
대유행을 위해서는 추가 돌연변이가 필요할 것
“결과는 이 바이러스가 인간형 수용체를 인식하도록 얼마나 쉽게 진화할 수 있는지를 보여준다”고 Lin은 말했다. 이 연구에서는 필요한 돌연변이가 인위적으로 생성된 단백질에서만 생성되었다. 그러나 바이러스 게놈이 변할 때 자연적으로 발생할 수도 있다. 그 결과, 현재 유행하고 있는 H5N1 조류독감 변종은 그러한 돌연변이가 하나만 있어도 인간에게 훨씬 더 위험할 것이라고 연구자들이 보고했다. 추가 돌연변이는 위험을 더욱 증가시킨다.
“하지만 우리 연구는 그러한 진화가 일어났다거나 이 돌연변이만 가지고 있는 현재의 H5N1 바이러스가 인간 사이에 전염될 수 있다는 것을 암시하지 않는다”고 Lin은 강조했다. 따라서 인간에 대한 적응은 아직 일어나지 않았다. 또한, Q226L 및 N224K 돌연변이가 감염을 더 쉽게 만들 수는 있지만 조류독감 바이러스가 인간 세포에서 증식하여 사람에서 사람으로 퍼지기에는 충분하지 않을 것이다. 연구자들의 평가에 따르면, 이를 위해서는 바이러스가 유전 물질을 두 배로 늘리는 효소와 같은 추가 돌연변이가 필요할 것이다.
면밀한 모니터링 필요
Lin과 그의 동료들은 여전히 자신들의 발견을 경고 신호이자 현재 유행하는 조류 독감 바이러스와 그 친척의 유전적 구성과 특성을 예방 조치로 더 잘 모니터링해야 한다는 증거로 보고 있다. 즉각적인 경보 원인은 없지만 연구에서는 상황이 빠르게 변할 수 있음을 강조했다. 특히 H5N1 바이러스가 인플루엔자 바이러스의 다른 변종과 접촉하는 경우 더욱 그렇다.
연구팀은 “독감 시즌 동안 계절성 인플루엔자 바이러스와의 동시 감염은 소나 인간에서 조류 인플루엔자 바이러스의 재배열과 인간의 감염에 더 잘 적응하는 하이브리드 바이러스의 출현으로 이어질 수 있다”고 말했다. 대유행을 예방하고 바이러스가 사람에게 적응할 경우 신속하게 대응할 수 있으려면 더 많은 통제가 필요하다. 윌슨은 “유전자 변화가 발생할 때마다 지속적으로 추적하면 전염성 증가 징후에 대비하는 데 도움이 될 것이다”고 말했다.
캐나다의 단일 사례로 결과 확인
캐나다의 가장 최근 사례도 이것이 필요하다는 것을 보여준다. “캐나다에서 HPAIV-H5N1 계통군 2.3.4.4b(유전자형 D1.1)의 가금류 바이러스에 감염된 중병 청소년에게서 헤마글루티닌의 유사한 조정이 보고되었다”고 프리드리히-뢰플러 연구소의 바이러스학자 마틴 비어(Martin Beer)는 말했다. 그는 이 연구에는 참여하지 않았다. 이 경우 바이러스에는 세 가지 돌연변이가 있지만 다른 사람에게 전파되지는 않았다.
(Science, 2024; doi: 10.1126/science.adt0180)
출처: Scripps Research Institute