팬데믹이 지속되면서 과학자들은 궁극적인 질문인 감염이 되지 않는 것에 대해 연구하기 시작했다.
미국인의 대다수가 적어도 한 번은 코로나에 걸린 적이 있으며, 이 수치는 미국 전체의 70% 이상일 것으로 본다. 여러 번 감염된 사람도 많지만 아직 한 번도 감염되지 않은 사람도 상당수가 있다. 질병 전문 과학자들은 유전학, T 세포 면역 그리고 알레르기와 천식과 같은 염증 상태의 영향을 포함해 개인의 행동을 넘어선 몇 가지 예측 요인에 관심을 기울이고 있다.
탱고를 추려면 두 명이 필요한 것처럼 감염이 있고 그 이후에 아픈 증상이 생기려면 실제로 바이러스와 인간이라는 두 가지 다른 유기체의 결합 작용이 작용한다.
유전자는 코로나바이러스에 대한 감수성에 다양하게 영향을 미치고 반응한다. 특히, 바이러스가 세포에 들어갈 수 있도록 하는 ACE2로 알려진 수용체를 암호화하는 특정 유전자를 억제하면 사람의 감염 가능성이 줄어든다.
약 100~500개의 유전자가 폐나 비강과 같은 부위에서 코로나를 막기 위해 반응하는 것으로 추정한다. 이런 이유로 유전학이 전염병으로부터 보호할 것으로 판단하고 여러 방법을 실험하고 있다.
감염되지 않은 사람은 누구?
연구자들은 코로나바이러스 감염의 심각성에 영향을 줄 수 있는 공통 유전적 요인을 확인했다.
유전적 변이가 바이러스 감염에 대한 타고난 면역 반응의 일부인 OAS1 유전자의 발현을 감소시켰다. 이는 코로나 입원 위험 증가와 관련이 있다. 따라서 유전자의 발현을 증가시키는 것은 감염을 줄이고 심각한 질병의 위험을 감소하는 효과가 있다.
바이러스에 노출되면 감염되는 것은 매우 자연스럽지만 감염 후에 어떻게 대응하는 지가 유전자의 영향을 받게 된다. 물론 바이러스 감염을 예방하는 특정 유전자를 정확히 찾아내지는 못했다. 그럼에도 현재까지 알아낸 결과는 상당한 진전을 보여준다.
먼저 T 세포는 과거 코로나바이러스와의 만남을 기억한다.
현재 5개의 코로나바이러스가 사람들을 감염시키며 감기와 같은 경증에서 호흡기 질환을 동반하는 중증을 유발한다.
연구에 따르면 일반적인 감기 코로나바이러스에 반복적으로 노출되거나 이따금 감염되면 SARS-CoV-2를 어느 정도 보호할 수 있다.
연구자들은 침입자를 인식하고 싸우는 백혈구의 일종인 T 세포가 과거에 다른 코로나바이러스에 노출된 것을 기반으로 SARS-CoV-2를 인식하는 것으로 보고 있다. 따라서 감기 코로나바이러스에 감염된 사람이 나중에 SARS-CoV-2에 노출되면 그렇게 아프지 않을 수 있다.
항체를 중화하는 것이 감염을 예방하는 데 중요하지만 T 세포는 감염을 종결시키고 감염의 정도를 조절하는 데 중요하다.
일부 사람들의 T 세포가 바이러스를 너무 빨리 제거해 그 사람이 SARS-CoV-2에 대해 양성 반응을 보이지 않을 수 있다. 검사에서 음성이었음에도 불구하고 발견되지 않은 매우 느리고 약한 일시적인 감염일 가능성도 있다.
알레르기는 약간의 추가 보호를 초래할 수 있다. 천식은 대유행 초기에 심각한 Covid-19의 잠재적인 위험 요소로 간주되었지만 알레르기나 천식과 같은 상태로 인한 저등급 염증이 보호 효과가 있었다.
일부 사람들이 질병에 걸리고 Covid-19의 본격적인 증상이 나타난 기간 동안 같은 공간에서 생활한 가족은 아무렇지 않은 사례도 자주 보고되는데 유전적 저항성이 있기 때문이다. 천식은 연구에서 사람들의 감염 위험을 낮추지 않았지만 증가시키지도 않았다.
음식 알레르기가 있는 경우 거의 1,400개의 가정에서 코로나 감염 위험이 절반으로 감소했다.
음식 알레르기가 있는 사람들이 기도 세포 표면에 ACE2 수용체를 더 적게 발현해 바이러스가 침투하기 더 어렵게 만든다는 것이다.
이는 수용체 수가 적기 때문에 훨씬 낮은 등급의 감염이 되거나 심지어 감염될 가능성도 낮아진다. 알레르기성 염증과 같은 것이 코로나 감염에 보호적이라면 모든 변종에 해당될 것으로 생각한다.
개인의 주의 수준도 감염 예방과 관련이 있다. 유전이나 T 세포보다 개인의 행동이 핵심 요소로 보는 이유는 주로 집에 머물고 마스크를 착용하는 예방 조치를 취하면서 감염되지 않은 가족들의 사례가 보고되기 때문이다.
오미크론 이전에 코로나를 피하는 것이 더 쉬웠다는 것은 일반적인 상식이다. 초기에 감염된 사람의 10~20%가 전체 전염의 80%를 차지했다. 그러나 오미크론과 그 하위 변종은 관련된 모든 사람들에게 사회적 상호 작용을 더 위험하게 만들었다.
특히 BA.5는 지금까지 Covid-19를 피한 사람들이 아플 확률을 높였다. 그럼에도 불구하고 모든 사람이 감염을 경험하지는 않을 것이다. 여전히 유전자가 좌우한다는 의미다.
변이 식별에 유용한 유전자 서열 정보
유기체 또는 세포의 유전적 청사진을 결정하는 데 사용되는 게놈 시퀀싱은 전염병 전반에 걸쳐 사용된 몇 가지 중요한 응용 분야와 연관이 있다.
과학자들은 숙주에서 숙주로 이동할 때 바이러스가 유전 정보에서 만드는 돌연변이를 식별해 시간이 지남에 따라 바이러스가 어떻게 변하는지 추적할 수 있다. 이런 돌연변이의 대부분은 바이러스가 생존, 감염 또는 복제하는 것을 더 쉽게 만드는 결과를 가져오지 않는다.
그러나 이런 돌연변이 중 일부는 차이를 만들고 바이러스가 세포에 들어가는 방법, 신체의 면역 반응을 피하는 방법, 특정 약물에 대한 내성과 복제 방법에 영향을 준다. 이런 정보를 수집하는 것은 전염병의 동향을 이해하는데 매우 중요하다.
유전자 시퀀싱을 통해 오미크론이 세포에 들어갈 수 있게 하는 바이러스 입자의 일부인 스파이크 단백질에 30개 이상의 돌연변이가 있음을 발견했다. 이런 돌연변이는 오미크론이 전염성이 뛰어나 사람 사이에 쉽게 이동하는 이유의 일부가 된다.
이제 면역 반응을 회피하는 오미크론의 변이 능력이 전염 증가의 핵심이라고 생각한다. 게놈 시퀀싱이 제공하는 다른 정보에는 새로운 변이체가 분자 진단 테스트에서 탐지를 피할 수 있는지 여부 그리고 항바이러스제 또는 단일 클론 항체와 같은 치료제가 효과가 있는지 여부가 포함된다.
염기서열 분석의 또 다른 중요한 목표는 바이러스가 전파되는 방식을 더 잘 이해하고 설명하는 것이다.
이를 "전파의 사슬"이라고 하는데 과학자들은 감염된 사람들의 여러 샘플에서 얻은 염기서열 데이터를 사용해 공중 전파를 통해 복도 건너편 방에 있는 사람을 감염시켰을 가능성을 보여주었다. 게놈 시퀀싱은 이미 미국의 일부 지역에서 바이러스를 추적하는 데 이용되었다.
지난 여름, 매사추세츠 공중보건부는 예방접종을 받은 사람들이 감염과 전염의 위험에 있다는 것을 보여주었다. 게놈 시퀀싱을 통해 바이러스의 새로운 계통이 어디에서 어떻게 생겨났는지 결정할 수 있다.
오미크론의 경우, 이런 진화적 트리의 분기는 2020년 중반에 발생했을 가능성이 크다. 시퀀싱을 통해 오미크론 변이체가 고도로 변이되었고 알파, 델타, 기타 알려진 SARS-CoV-2 변이체와 크게 다르다는 것을 확인했다.
유전 데이터는 또한 오미크론이 올해 초에 발병할 때까지 인간 또는 동물 숙주에서 돌연변이를 계속했음을 시사한다.
한 가설은 이 변이체가 바이러스를 제거할 수 없어 장기간 돌연변이를 일으킬 수 있는 면역 체계가 저하된 사람에게서 나왔다는 설이다. 이 데이터는 미래에 면역 저하 환자의 샘플을 더 잘 표적화하고 시퀀싱함으로써 전염병 예방을 개선할 수 있다고 본다.
결국 유전자 편집이라는 조작 시도
유전자가 코로나 감염에 열쇠가 된다는 것을 확신하고 결국 유전자를 조작하는 동물 실험을 꾸준히 시도했다.
쥐를 대상으로 한 실험에서 COVID-19를 예방하고 치료하기 위한 유전자 편집이 사람들에게 가능성이 있다고 믿고 있다. 듀크대 의과대학 연구팀은 강력한 유전자 편집 도구인 CRISPR이 COVID-19에 사용될 수 있음을 최초로 성공시켰다.
이 치료법이 인간에게 효과적이라는 것이 추후 입증되면 끊임없이 변화하는 코로나바이러스 변이체를 견딜 수 있는 예방 전략을 제공한다고 여긴다. 이 유전자 조작은 코로나바이러스가 인간 세포에 들어가기 위해 필요한 CTSL이라는 효소를 중심으로 한다.
코로나바이러스 감염을 막기 위해 오랫동안 CTSL 효소를 제거하려고 시도했지만 문제에 봉착했다. 이 효소는 신체의 많은 정상적인 과정에도 필수적이기 때문이다.
이 문제를 해결하기 위해 두 가지 전략을 사용했다. CRISPR이 폐 세포만을 표적으로 하도록 하는 극도로 표적화된 방법을 개발했다.
쥐의 몸에 주입된 나노 입자의 94%가 폐에 도달하도록 했고 이 나노 입자 기술에 대해 미국과 유럽에서 특허 출원 중이다. 또한 며칠 동안만 CTSL 효소 생산을 중단하는 유전자 편집 전략을 사용해 신체가 이후에도 정상적으로 계속 기능할 수 있다는 실마리를 제공했다.
이런 방법을 함께 사용하면 COVID-19가 생쥐 세포에 들어가는 것을 안전하고 효과적으로 차단하고 이미 감염된 생쥐는 바이러스를 신속하게 차단했다.
시중에 나와 있는 백신은 바이러스의 스파이크 단백질을 식별하고 면역 체계를 강화해 공격한다. 이는 스파이크 단백질이 변경되면 백신의 효능이 약해질 수 있음을 의미한다.
대조적으로, CRISPR 방법은 코로나바이러스를 죽이기 위해 찾을 필요가 없다. 모든 코로나바이러스가 의존하는 효소의 공급을 목표로 바이러스의 끊임없는 돌연변이에 대해 탄력적으로 만든다.
이 기술은 아직 사람들에게 효과가 입증되려면 아직 멀었다. 연구팀은 해당 프로세스를 신속하게 처리할 투자와 잠재적인 업계 파트너를 찾고 있다. 또한 치료가 에어로졸을 통해 투여될 수 있는지에 대한 연구를 계속하고 있다.