[이슈로 배우는 생명과학] 코로나에 이어 중국에서 발생한 또다른 '바이러스'?

생물학 • 2020년 11월 09일

코로나 바이러스 발원지, 또다른 바이러스의 등장?

2020년 11월 9일을 기준으로 페이스북에서는 여러 건의 비슷한 기사가 게재되었다. 바로 코로나 바이러스의 최초 발생 국가 '중국'에서 또 다른 바이러스가 발생했다는 것이다. 위 사진의 기사들은 각각 약 2000개의 좋아요를 받을 정도로 많은 사람들에게 노출되었고, 이들은 댓글로 과격한 표현을 섞어가며 우려와 불안을 표하는 모습을 보였다.

과연 중국에서 새로운 '바이러스'가 등장 한 것일까? 그렇다면 그 바이러스의 파급력은 어느 정도이며 우리는 어떤 조치를 취해야 할 것인가에 대해 알아보기에 앞서,

사실을 정확히 파악하기 위해 필요한 생물학적 지식을 소개해보려 한다.

(바쁜사람들을 위해 마지막 단락에 결론이 요약되어 있다.)

바이러스 VS 세균(박테리아)

<바이러스>

바이러스의 기본 구조

바이러스는 지름이 약 30~300nm에 달하는 작은 감염입자이다.

바이러스는 세포구조를 이루고 있지 않으며 핵산을 단백질이 둘러 싼 구조를 띈다.

숙주세포 외에서는 주로 결정의 형태로 존재하며 독자적인 효소가 없어 스스로 물질대사를 할 수 없는 비생물적 특성이 나타난다.

바이러스의 유전물질

바이러스의 유전체는 총 4가지의 형태로 존재한다.

ssDNA, dsDNA, ssRNA, dsRNA (ss - single strand, ds - double strand)

DNA를 유전체로 가지는 바이러스를 DNA바이러스

RNA를 유전체로 가지는 바이러스를 RNA바이러스 라고 한다.

RNA바이러스는 DNA바이러스보다 불안정한 유전물질을 가지고 있다. 또한 RNA 중합효소에는 교정 능력이 없어 복제 중 오류 발생 시 교정이 불가하여 돌연변이가 쉽게 일어나므로 백신과 치료제의 개발이 어려울 수 있다.

캡시드와 외피

바이러스의 유전체를 둘러싼 단백질을 캡시드(capsid)라 한다.

바이러스의 종류에 따라 캡시드는 막대모양이거나 다각형 또는 복합형의 형태를 이룬다.

캡시드는 캡소미어(capsomere)라 불리는 수 많은 단백질 소단위체가 모여 형성된다.

일부 바이러스에는 숙주세포의 감염과정을 돕는 보조적인 구조물인 외피(viral envelope)이 존재한다.

바이러스 외피는 숙주세포로부터 유래된 인지질과 막단백질을 포함한다.

또한 바이러스 외피에는 바이러스가 (숙주를 이용하여) 만들어낸 당단백질과 단백질이 존재한다.

바이러스의 증식

바이러스는 스스로 물질대사를 할 수 없으며, 유전체를 복제 할 수도, 단백질을 합성 할 수도 없다. 따라서 바이러스는 반드시 숙주세포 내의 효소들을 이용하여 증식한다.

일반적으로 바이러스는 숙주 세포에 침투 한 후, 자신의 유전체를 숙주세포의 유전체에 삽입하거나 숙주세포의 효소를 이용하는 방식으로 유전체를 다량으로 복제한다.

또한 숙주의 효소를 이용하여 바이러스의 유전체로부터 바이러스 단백질(캡소미어 등)을 번역한다.

외피가 있는 바이러스의 경우 숙주세포의 거친면 소포체로부터 당 단백질을 합성하기도 한다.

이후 숙주세포로부터 복제된 바이러스들이 조립되어 방출되는데, 이 과정에서 숙주세포를 터트리며 방출되는 경우도 있다.

바이러스의 전파

삼킴, 흡입, 곤충매개, 성접촉, 오염된 혈액 수혈 등 다양한 경로로 바이러스가 전파될 수 있다.

특히나 기침, 콧물, 재채기 등의 호흡기 감염 증상을 동반하는 경우 비말을 통한 바이러스의 삼킴 혹은 흡입이 쉬워 전염력이 높아진다.

바이러스성 질병

바이러스에 감염된 숙주세포의 기능 이상으로 인해 질환이 발생한다.

감기(호흡기 감염 통칭), 독감, 인플루엔자, 소아마비, 홍역, 대상포진, MERS, SARS, 코로나19 등

바이러스성 질병의 치료

일반적으로 바이러스의 감염에 대해 항바이러스제를 이용하여 치료하지만, 대부분 하나의 항 바이러스제는 하나의 바이러스에 대해 효과를 가진다.

하지만 바이러스는 돌연변이가 자주 일어나므로 많은 바이러스성 질병에 대해 효과적인 항바이러스제가 존재하지 않는 경우가 대부분이므로 치료가 어렵다.

만성B형 간염, C형 간염에 대해서는 바이러스의 복제를 지연 또는 중지시키는 체내의 비특이적 방어 물질인 인터페론을 인위적으로 복제하여 투여하는 인터페론 약물을 사용하기도 한다.

<세균(박테리아)>

세균의 기본 구조

세균은 지름이 0.5~5µm인 원핵생물로 바이러스의 몇십배 이상의 크기를 가지고 있다.

바이러스와 달리 하나의 생물체이므로 세포구조를 가지고 있으며 스스로 물질대사가 가능하다.

리보솜과 같은 비막성 세포소기관을 가지고 있다. 막성 미토콘드리아, 엽록체와 같은 막성 세포소기관은 가지고 있지 않다.

세균의 유전물질

원핵생물은 진핵생물과 달리 핵막이 존재하지 않으므로 유전자 역시 세포질에 존재한다.

원핵생물은 뒤틀린 고리 모양의 원형 염색체를 갖는다.

이 원형 염색체는 히스톤과 유사한 역할을 하는 특정 단백질(NAPs)에 의해 응축되며 핵양체를 형성한다.

또한 세균은 유전체와 독립적으로 존재하는 작은 원형 DNA인 플라스미드를 가지고 있다.

플라스미드는 세균의 성장에 필수적이지는 않지만 생존에 도움이 되는 유전자를 포함하고 있다(ex. 항생제 저항성 유전자).

세포벽

원핵세포의 핵심적인 특징은 세포벽에 있다.

세포벽은 세포의 모양을 유지하고 물리적으로 보호하며 세포가 파괴되는 것을 막아준다.

진핵생물의 세포벽은 대게 셀룰로오스나 키틴으로 이루어져있지만, 원핵생물의 세포벽은 대부분 펩티도글리칸(peptidoglycan)으로 이루어져 있다.

펩티도글리칸은 짧은 폴리펩타이드로 연결된 변형 당분의 중합체가 그물 형태를 이룬 것이다.

+)그람염색법(Gram stain)

19세기 덴마크 의사 그람(Hans Christian Gram)이 개발한 그람염색법을 이용하면 세포벽의 구조에 따라 세균을 그람양성, 그람음성 두 종류로 구분할 수 있다.

그람염색을 위해서는 먼저 시료를 크리스털 바이올렛(보라색 염료)과 아이오딘으로 염색한 후 알코올로 세척한다. 마지막으로 사프라닌(붉은색 염료)으로 다시 시료를 염색한다.

이때 보라색을 띄는 균은 그람양성균, 붉은색을 띄는 균은 그람음성균이다.

그람양성균은 펩티도글리칸으로 이루어진 두껍고 촘촘한 세포벽을 가진다. 따라서 세포질로 침투한 크리스털 바이올렛과 아이오딘이 커다란 복합체를 형성하게 되면 이 두꺼운 펩티도글리칸층을 통과할 수 없기 때문에 알코올로 세척해도 크리스털 바이올렛의 보라색이 계속 유지된다.

반면 그람음성균은 외막이 존재하여 내막과 외막 사이에 얇은 펩티도글리칸층이 존재한다. 따라서 크리스털 바이올렛-아이오딘 복합체가 이 얇은 펩티도글리칸층을 쉽게 통과하므로 알코올 세척시 크리스털 바이올렛의 보라색이 제거되고 다시 염색한 사프라닌에 의해 붉은색을 띈다.

환자가 그람양성균에 감염되었는지 그람음성균에 감염되었는지 파악하면 치료에 도움이 된다.

일반적으로 그람음성균은 외막의 지질다당체에 독소 성분을 포함하고 있어 발열이나 쇼크를 일으키기도 한다. 또한 그람음성세균의 외막은 감염 동물의 면역계로부터 세균을 보호하는 역할을 하며 외막이 항생제의 투과를 저해하여 항생제에 더 강한 내성을 보인다.

선모(pili)와 핌브리아(fimbria), 편모(flagellum)

선모는 두 세포 사이의 DNA 수평적 전달이 일어나기 전 두 개의 세포를 서로 끌어당겨주는 세포외부 단백질 부속기관을 말한다.

핌브리아는 선모보다 짧고 수가 많은 세포외부 단백질 부속기관으로 기질이나 다른 세포에 달라붙어 숙주를 감염시키거나 세균의 콜로니를 형성할 때 사용된다.

편모는 플라젤린 단백질로 이루어져 운동성을 갖는 채찍모양의 돌기이다. 진핵생물의 편모와 달리 폭이 1/10정도밖에 되지 않으며 원형질막으로 덮여있지 않다. 주로 수소이온의 농도기울기를 이용하여 프로펠러 회전운동을 만들어낸다.

세균의 증식

세균은 바이러스에 비해 비교적 간단하게 증식한다.

단세포 생물인 세균은 그 자체로 하나의 세포이므로 단순한 세포분열인 이분법(binomial)을 통해 빠르게 증식한다.

세균의 전파

질환을 야기하는 세균의 종류는 소수이며 이러한 세균들을 병원균이라고 부른다.

세균감염은 병원균에 의해 오염된 식음료의 섭취를 통한 소화관 감염,

기침, 콧물, 재채기에 의한 비말 접촉 감염,

공기중의 병원균을 직접 흡입하는 공기감염,

이외에도 접촉감염, 경피감염 등 다양한 경로로 감염된다.

세균성 질병

세균은 독소를 생성하거나 조직을 침범하여 질환을 야기합니다.

그람음성균 감염: 브루셀라병, 콜레라, 페스트, 살모넬라, 장티푸스, 폐렴

그람양성균 감염: 탄저병, 디프테리아, 폐렴, 포도구균감염

세균성 질병의 치료

일반적으로 세균성 질병의 치료는 항생제를 이용한다.

페니실린계 항생제는 세균의 펩티도글리칸 합성효소의 기질 결합부위에 비가역적으로 결합하여(공유결합) 효소 활성을 저해하는 방식으로 작용한다.

항바이러스제와 달리 항생제는 하나의 항생제로 광범위한 세균종류에 대한 항생효과를 볼 수 있다.

하지만 세균은 세대가 지나면서 항생제에 적응하여 항생제 내성 유전자를 획득하게 되고 플라스미드, 수평적 유전자 전달 등을 통해 같은 세대의 다른 세균과 다음 세대의 세균들에게 항생제 내성 유전자를 전달한다.

항생제를 이용하면 대부분의 세균성 질병을 치료할 수 있지만 항생제 내성균이 생기기 쉬우므로 단일 항생제를 장기 투여하면 자연선택 압력을 극대화 시킬 수 있다.

따라서 항생제를 투여 할 때는 저용량으로 장기간 투여하는 것 보다는 고용량으로 단기간 투여하거나 항생제를 조합하여 투여하고 여러 항생제를 번걸아가며 투여하는 등 세균의 항생제 내성 획득을 최대한 억제해야 한다.

중국에서 발생한 집단감염의 정체는?

이 정도면 바이러스와 세균에 대한 지식을 충분히 습득 했을꺼라 생각한다.

다시 본론으로 돌아와 2020년 11월 6일 작성된 연합뉴스 차병섭 기자에 의해 작성된 [1]"중국 란저우 브루셀라 집단감염 6천명 넘어서"라는 기사에 의하면

중국 서북부 간쑤성에서 백신 생산공장에서 동물용 브루셀라병 백신을 생산하던 도중 사용기한이 지난 소독약을 사용하였다고 한다.

이로 인하여 브루셀라균이 포함된 폐기물로부터 에어로졸이 발생하였고 바람을 타고 흡입, 점막접촉 등의 방식으로 감염이 이루어졌다고 한다.

당국은 지난 9월 14일 2만1천여명을 검사해 3천245명이 양성반응을 보였다고 밝힌 바 있다. 이후 검사대상이 늘면서 53일만에 양성반응이 2배 이상으로 늘어났다고 한다.

결국 중국에서 발생한 집단감염의 정체는 브루셀라균에 의한 브루셀라병이었다.

바이러스감염 질병이 아닌 세균감염질병인 것이다.

하지만 방심은 금물이다. 세균감염질병이라고 해서 바이러스감염 질병보다 안전한 것이 아닐 뿐더러 전염성이 낮다고 확신하는 것 역시 금물이다.

따라서 보다 자세히 브루셀라균과 브루셀라병에 대해 알아볼 필요가 있다.

브루셀라병

원인

브루셀라병은 그람음성균인 브루셀라균의 감염에 의해 발생하는 질병이다.

감염경로는 감염된 동물과의 접촉을 통해, 또는 저온 살균하지 않은 오염된 우유, 다른 유제품 또는 충분히 익히지 않은 오염된 육류 섭취를 통해 발생한다. 오염된 물건으로부터 에어로졸이 발생하여 공기중 흡입 등으로 감염되기도 한다.

사람에서 사람으로 직접적인 전파는 극히 드물다. 수혈, 임신시 태반을 통해 태아에게 전염되거나, 모유수유를 통해 영아에게 균이 전염될 수 있으며, 성접촉을 통한 전파도 보고되었다. 하지만 2차 감염 의심자에게 항생제 투여시 대부분 3일 이내에 완치된다.

즉 일반적으로는 사람과 사람사이에서 전염되지 않으므로 전염병으로 분류하기 애매하다는 것이다.

증상

브루셀라병은 브루셀라균에 노출된 뒤 짧게는 5일에서 길게는 몇 개월 후 발병한다.

주요 증상으로는 반복해서 재발하는 발열, 오한, 야간 발한, 중증의 두통, 허리 통증, 뼈와 관절 통증, 간헐적 설사증상 등이 있다.

후기 증상으로는 식욕 부진, 체중 감소, 심한 변비, 복통, 관절통, 수면 곤란, 쇠약, 짜증, 우울증 등이 있다.

때로는 뇌, 수막, 등뼈(척추), 장골, 관절, 심장 판막 등 다른 기관에서 감염이 발생하기도 한다.

이러한 다른 기관 및 조직에서 감염이 발생하지 않을 시, 치료 없이 2~3주 안에 회복된다.

치사율은 약 2%내외로 높은 편은 아니지만 치료받지 않은 브루셀라병 환자들의 약 5%는 사망하는데, 뇌, 수막 또는 심장 판막이 감염된 경우가 대부분이다.

진단

혈액 검사, 혈액 또는 다른 조직 배양을 통해 진단한다.

예방

인수공통 감염병으로 동물 백신은 존재하지만 인간에게 투여 가능한 백신은 존재하지 않는다.

손씻기와 마스크 착용, 오염 식품 섭취 주의 등 행동적 예방이 최선이다.

치료

동시에 두 가지 항생제를 함께 투여한다.

보통, 첫 번째 항생제는 독시사이클린으로, 경구로 투여하며 두 번째 항생제는 매일 주사로 투여하는 스트렙토마이신 또는 겐타마이신 등이 있다.

브루셀라병, 안심해도 되는 것일까?

물론 아니다.

치사율 2%는 코로나19 감염증과 비슷한 수준이며 브루셀라감염증의 경우 만성 발열, 무기력, 피로감과 같은 후유증이 발생할 수 있고 재발 가능성 역시 높으며 다른 기관으로 감염이 퍼지게 되면 척수염, 골수염 등의 합병증이 발생할 수도 있다.

(*주의* 아래는 필자의 사견이 다수 포함되어 있습니다.)

하지만 기침, 콧물, 재채기 등호흡기 증상으로 활발한 사람간 비말 전염 양상을 보이는 코로나19 감염증에 비해 일반적인 브루셀라병의 경우 사람간 접촉으로 감염 될 확률은 거의 없다. 또한 아직 치료제가 개발 단계에 있으며 지속적으로 변이가 일어나고 있는 코로나바이러스에 비해 브루셀라균은 항생제를 통한 즉각적인 치료가 가능하며 여러 항생제를 복합적으로 이용하여 내성균의 생성 역시 방지할 수 있기 때문에 대한민국의 의료수준을 감안하였을 때 감염 시 치사율 역시 현저히 낮을 것이라고 예상한다.

따라서 2020년 9월 중국의 백신 공장 인근지대에서 세균 유출사고로 세균에 직접 접촉한 다수의 사람들이 집단감염되었으며 이로인한 2차감염사례는 아직 전혀 밝혀진 바 없는 브루셀라병이 한국으로 전염될 가능성은 현저히 낮다고 생각한다.

기사를 접하고 미지의 질병에 대한 불안감과 두려움을 가졌던 사람들이 이 글을 보고 경각심은 갖되 과도한 걱정은 떨쳐내고 조금이나마 마음을 편하게 가질 수 있기를 바란다.

+) 세균과 바이러스의 차이를 명확히 이해하고 이를 혼용하지 않도록 하자!

(특히나 대중들에게 불안감을 조장할 가능성이 있는 경우 더더욱 단어선택에 있어 신중을 기해야 한다.)