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| ▲ 이미지 출처: SARS-CoV-2 바이러스 입자(노란색)에 심하게 감염된 인간 세포(보라색)의 전자 현미경 이미지(National Institute of Allergy and Infectious Diseases / NIH 제공) |
치명적인 전염병은 영원히 지속되지 않는다. 예를 들어 1918년 독감은 전 세계를 가로 질러 수천만 명의 목숨을 앗아 갔지만 1920년에는 바이러스를 유발한 바이러스가 훨씬 덜 치명적이 되어 일반적인 계절성 독감을 유발했다. 1346년 중앙 아시아를 휩쓸고 유럽 전역에 퍼져 궁극적으로 유럽, 중동 및 아시아 일부 지역 주민들의 3분의 1을 죽인 흑사병처럼 일부 전염병은 더 오래 지속되었다. 그 대유행 역시 시작된 지 약 7년 후에 끝났다. 아마도 많은 사람들이 죽었거나 면역력이 발달했기 때문일 것이다.
과학자들과 역사가들이 말할 수 있는 한, 흑사병을 일으킨 박테리아는 그 독성이나 기한을 결코 잃지 않았다. 하지만 1918년 유행성 독감의 원인이 된 병원균은 계절성 독감의 변종으로 여전히 지구를 떠돌아다니며 덜 치명적이 되도록 진화했으며 2009 H1N1 유행병의 병원균이 똑같은 일을 했을 가능성이 있다. 코로나19를 유발하는 바이러스인 SARS-CoV-2도 비슷한 궤도를 따라 갈까? 일부 과학자들은 바이러스가 이미 전염이 더 쉬운 방식으로 진화했다고 말한다. 그러나 독성의 감소 가능성에 대해서는 대부분의 사람들이 말하기에는 너무 이르다고 말한다. 그러나 과거를 살펴보면 몇 가지 단서를 제공할 수 있다.
순환하는 병원체가 시간이 지남에 따라 점차 덜 치명적이 된다는 생각은 매우 오래되었다. 이것은 19세기 의사인 테오발드 스미스(Theobald Smith)의 저술에서 유래한 것으로 보인다. 그는 기생충과 숙주 사이에“섬세한 균형”이 있다고 처음 제안했고 시간이 지남에 따라 병원체의 기한은 줄어들어야 한다고 주장했다. 숙주를 죽이는 세균에 관심이 없다. 이 개념은 수년 동안 관습적인 통념이 되었지만 1980년대에 연구자들은 이 아이디어에 도전하기 시작했다.
1980년대 초, 수학적 생물학자인 로이 앤더슨(Roy Anderson)과 로버트 메이(Robert May)는 숙주가 병원체를 많이 배출할 때 세균이 가장 잘 전염될 수 있다고 제안했다. 당신이 정말로 아플 경우, 당신은 많은 바이러스를 흘리게 되므로 다음 호스트가 바이러스를 쉽게 발견할 수 있다. 따라서 병독성과 전염성은 병균이 너무 치명적일 때까지 병행하여 숙주를 너무 빨리 죽여서 전혀 퍼질 수 없게 된다. 이를 전송-바이러스 절충이라고 한다. 가장 친숙한 예는 1950년에 호주에서 토끼를 없애기 위해 도입된 병원균인 점액 종 바이러스이다. 처음에 이 바이러스는 감염된 호주 토끼의 90% 이상을 죽였다. 그러나 시간이 지남에 따라 긴장된 휴전이 발생했다. 토끼는 저항성을 진화시켰고 점액 종 세균은 독성이 감소했으며 토끼와 세균은 한동안 불안정한 균형을 유지했다.
진화 역학자인 폴 이왈드(Paul Ewald)가 개발한 두 번째 이론은 그가 "독성 이론"이라고 부르며, 일반적으로 세균이 치명적 일수록 전파될 가능성이 적다는 것을 시사한다. 그 이유는 피해자가 빠르게 움직이지 않으면(예를 들어 에볼라를 생각하면) 감염을 쉽게 전파할 수 없다. 이러한 생각에 의해, 세균이 전파되기 위해 이동 호스트를 필요로 한다면 그 병독성은 필연적으로 감소할 것이다. 예전의 통념과 마찬가지로, 독성 이론은 많은 세균이 순환하고 인간 집단에 적응할 때 독성이 덜 진화한다는 것을 인식한다. 그러나 Ewald의 이론은 또한 세균이 모두 고유의 확산 전략을 가지고 있으며 이러한 전략 중 일부는 세균이 높은 독성과 전염성을 유지할 수 있도록 한다.
Ewald는 내구성이 그러한 전략 중 하나라고 말한다. 천연두를 유발하는 바리오라 바이러스는 외부 환경에서 매우 내구성이 뛰어나며 10~4%의 높은 사망률을 보일 수 있다. Ewald는 이 세균과 다른 내구성 있는 세균을 "앉아서 기다리는"병원균이라고 부른다. 일부 치명적인 감염은 벼룩, 이, 모기 또는 진드기와 같은 매개체에 의해 매우 아픈 숙주로부터 전염된다. 콜레라와 같은 다른 것들은 물에 퍼진다. 병원에서 획득한 포도상구균 감염과 같은 다른 질병은 병자나 사망자를 돌보는 사람들에 의해 전염된다. 19세기 여성 병원에서 의사들이 산후 여성에게 산모 또는 '아동'열을 퍼뜨렸을 때 이런 일이 벌어졌다.
Ewald에 따르면 이러한 모든 전략은 세균의 독성을 낮추기 위한 불가피한 미끄러짐을 방지할 수 있다.
그렇다면 이러한 진화론은 SARS-CoV-2와 그 가능성이 있는 궤적에 대해 무엇을 시사할까? 신종 코로나바이러스가 전 세계에서 사람에서 사람으로 순환하면서 독성이 감소할 가능성이 있을까?
2002년부터 2003년까지 세계를 뒤흔든 심각한 코로나바이러스의 초기 발병인 SARS는 흥미로운 대조를 제공한다. 이 바이러스는 감염 과정에서 늦게 매우 아픈 사람들로부터 퍼진 것처럼 보였고, 결국 약 8,000명의 사람들을 감염 시켰고, 아픈 환자를 격리하기위한 전 세계적 노력에 의해 쫓겨나기 전에 774명이 사망했다. 그러나 연구원들은 SARS-CoV-2가 감염 초기에 전염될 수 있다는 것을 알고 있다. 전염성과 심각성 사이에 필요한 관계는 없다. 무증상 사례조차도 상당한 양의 바이러스를 배출할 수 있으며, 아픈 사람에게 노출될 경우 반드시 위험이 증가하는 것은 아니다.
따라서 SARS-CoV-2 진화 과정이 앤더슨(Anderson)과 메이(May)의 전송-바이러스 트레이드 오프 모델을 엄격하게 반영할 것 같지는 않다. SARS-CoV-2의 진화 궤도를 예측하기 위해 Ewald는 대신 바이러스의 내구성을 고려한다. 그는 SARS-CoV-2 감염 입자가 몇 시간에서 며칠 사이 다양한 표면에서 지속되어 인플루엔자 바이러스만큼 내구성이 있다고 지적한다. 따라서 그는 SARS-CoV-2가 전형적인 사망률이 0.1%인 계절성 인플루엔자와 매우 유사한 수준으로 독성을 진화시킬 것이라고 주장한다.
그러나 SARS-CoV-2가 취할 과정인지 확신할 수 있는 방법은 아직 없다. 그리고 현재의 사망률조차도 국가마다 코로나바이러스 검사의 차이로 인해 전 세계 감염을 완벽하게 설명할 수 없기 때문에 불확실하다.
그럼에도 불구하고 과학자들은 바이러스의 진화적 변화를 이미 관찰했을 수 있지만 독성이 낮아지는 것이 아니라 전염성이 증가하는 방향으로 분명히 나타난다. Los Alamos National Laboratory의 컴퓨터 생물학자인 Bette Korber가 이끄는 팀은 지난 7월 Cell 저널에 논문을 발표했다. D614G로 확인된 돌연변이가 있는 균주가 중국 우한에서 처음 등장한 초기 균주를 대체하는 것으로 나타났다. Korber와 그녀의 팀은 그들의 연구(배양 세포에서 수행됨)를 바탕으로 새로운 균주가 원래 균주보다 더 전염성이 있다고 제안했다. 이 논문은“전염성과 전염성이 항상 동의어는 아니다”고 한계에 대해 언급하고 있지만, Korber는 그 결과가 더 높은 전염성과 일치한다고 말한다.
지난 4월 동료 검토 이전에 공유된 연구의 이전 버전과 마찬가지로, 이 결론은 곧 비판의 대상이 되었다. 변경 사항이 선택되었다는 증거로 Korber가 취한 대체, 사고 또는 기타에 기인한 다른 사람 진화 과정이다. Cell paper에 언급된 한계를 반영하여 비평가들은 세포 배양 연구가 실제 생활의 복잡성을 복제할 수 없으므로 결과를 신중하게 해석해야 한다고 강조했다. Cell paper가 출판된 직후 예일의 전염병 학자이자 바이러스 학자인 Nathan Grubaugh는 National Geographic에 "실험실의 전염성과 인간 전염 사이에는 큰 격차가 있다."고 말했다.
Grubaugh와 그의 동료인 콜롬비아대학교의 바이러스 학자인 Angela Rasmussen은 돌연변이가 전염성에 미치는 영향에 대해 회의적인 입장을 표명하지 않았다.
그러나 시간이 지났고 Grubaugh를 포함한 과학자들은 이 새로운 변종이 이제 주요 변종이라는 것을 보여주었다. Korber가 말했 듯이:“D614G 균주는 이제 전염병이다. 더 이상 [원본] 무한 바이러스를 샘플링 할 수도 없다. 3월 초에 바이러스는 현재와는 다른 바이러스였다.” 이 원래 변형의 거의 완전한 대체는 선택 (아마도 더 큰 전달 가능성을 향한 선택)이 이동의 원인이 되었음을 나타낸다.
Ewald의 분석에 따르면 높은 전염성은 종종 낮은 독성과 관련이 있다. 그는 SARS-CoV-2가 그 방향으로 진화하고 있다는 증거를 보기를 기대한다. 하지만 현재로서는 이러한 종류의 바이러스 진화와 테스트, 치료, 사회적 거리두기 개선을 구분하기가 어렵다. 예를 들어, SARS-CoV-2 테스트는 전염병 초기보다 더 쉽게 접근할 수 있다. 이것은 환자가 더 빨리 입원하고 치료를 받으며 더 나은 생존 기회를 제공한다는 것을 의미한다고 듀크대학교의 전염병 의사이자 연구원인 Cameron Wolfe는 많은 코로나19 환자를 치료하는 이메일에 썼다. 더욱이 그는 실험적 치료가 입원 환자에게 도움이 될 수 있는 반면, 가장 취약한 일부 사람들 (요양원에 있는 사람들)은 이제 노출로부터 더 잘 보호되고 있다고 썼다.
Wolfe는“모든 사람이 바이러스의 진화에 대해 이야기한다.”라고 썼다. "하지만 아직 그 가설을 뒷받침할 결정적인 데이터를 보지 못했다."
전염병과 마찬가지로 코로나19는 스텔스 감염이며 궁극적으로 더 낮은 독성으로의 진화를 늦출 수 있다. 전염병을 일으키는 세균인 Yersinia pestis는 초기 면역 반응을 억제하여 감염된 사람들이 아프기 전에 며칠 동안 여행하고 감염을 전파할 수 있다. 마찬가지로, SARS-CoV-2에 감염된 사람들은 증상을 경험하기 전에 다른 사람을 감염시킬 수 있는 것으로 보인다. 이 교활한 바이러스 확산 모드는 감염되었지만 무증상인 사람들이 완벽한 모바일 바이러스 전달 시스템이기 때문에 낮은 독성의 진화를 덜 가능성이 있다.
그러나 SARS-CoV-2를 더 낮은 독성으로 밀어붙이는 진화 과정이 없더라도 시간이 지남에 따라 바이러스는 사람들에게 다르게 영향을 미칠 수 있다고 콜롬비아대학교의 바이러스 학자 Vincent Racaniello는 말했다. “SARS-CoV-2는 바이러스가 변하기 때문이 아니라 면역력이 없는 사람이 거의 없기 때문에 덜 치명적이 될 수 있다.”고 그는 말했다. 즉, 어렸을 때 바이러스에 노출된 경우(사람들을 특별히 아프게 하지 않는 것 같음) 성인이 되었을 때 반복해서 감염되면 경미한 감염이된다. Racaniello는 순환하는 4가지 감기 코로나바이러스가 "모두 동물 숙주로부터 인간으로 들어왔으며 처음에는 매우 독성이 있었을 것"이라고 지적한다. 이제 그는 어린 나이에 어린이의 90%를 감염시킨다. 나중에는 감기뿐이다.
인플루엔자 바이러스에 비해 코로나바이러스는 더 안정적이며 기존 면역에 대한 반응으로 진화할 가능성이 적다. 결과적으로 많은 전문가들은 안전하고 효과적인 백신이 코로나19 감염의 미로에서 벗어날 수 있는 가장 좋은 기회라고 주장한다. 바이러스가 빠르게 진화하고 있기 때문이 아니라 인간의 면역력이 약해질 수 있기 때문에 바이러스 주기에 따라 정기적인 추가 접종이 필요할 수 있다.
이러한 결과는 현재의 유행병의 종말을 의미한다. 그럼에도 불구하고 전문가들은 바이러스의 일부 버전은 아마도 일반적인 감기 바이러스 또는 예방 접종을 받지 않은 사람들 사이에서 가끔 치명적인 발병으로 영원히 유포될 것이라고 믿는다.
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