“사망 환자 4분의3 심장에 코로나19 바이러스 존재”

코로나19 바이러스가 심장 손상 및 기능 장애와 관련이 있을 가능성이 제기됐다. 그동안 코로나19와 심장 질환 간의 연관 가능성은 제기돼 왔으나 직접 환자를 대상으로 연구를 진행한 것은 이번이 처음이다.

사이언스지의 최근 보도에 따르면 미국 메사추세츠종합병원 연구팀은 코로나19로 사망한 환자의 심장 병리학적 변화와 심장 감염, 임상 특징 및 치료 간의 관계를 확인하기 위한 연구를 진행하고 결과를 3월 17일 북미 병리학회 공식 학술지 모던 패솔로지(Modern Pathology)에 게재했다.

메사추세츠종합병원 연구팀은 41명의 환자에게서 각각 20개 이상의 샘플을 채취해 총 1,000여개의 심장 조직을 대상으로 심장 염증, 심근염, 코로나19에 의한 심장 감염, 임상 특징, 실험실 측정 및 치료 간의 연관성을 분석했다.

연구 대상 환자들의 심장 조직 사진ⓒModern Pathology

관찰 결과 코로나19로 사망한 환자 30명의 심장 조직 샘플에서 코로나19 바이러스가 발견됐다. 전체 연구 대상 중 4분의3의 심장에 코로나19 바이러스가 남아있는 것으로 나타났다. 또한 심장에서 코로나19 바이러스가 발견된 환자들은 다른 환자들과 다른 심방세동, 빠르고 불규칙한 심장박동, 추가적인 심장박동을 경험했다. 연구에 참여한 메사추세츠 종합병원의 제임스 스톤 박사는 “이번에 연구한 샘플은 대부분의 연구에서 진행중인 환자 1인당 연구 샘플 수의 두 배에 이른다”라며 “이를 통해 코로나19와 심장 질환과의 놀라운 상관관계를 발견했다”고 설명했다.

이번 연구 이전에도 과학자들은 코로나19 환자의 심장 손상에 대한 증거를 가지고 있었다. 예를 들어 일부 코로나19 환자들은 높은 트로포닌 수치를 보여주는데, 이것은 심장이 다쳤을 때 혈액에서 방출되는 분자다. 또 다른 환자들은 심장 자체 및 주변 조직의 염증을 경험했다.

그러나 이번 연구 결과에서 코로나19 바이러스가 심장을 직접 공격했는지는 불분명하다. 메사추세츠 종합병원 연구팀은 “감염된 심장 세포의 대부분은 면역 세포였는데, 코로나19 바이러스는 심장으로 이동하기 전에 몸의 다른 곳으로 침입했을 수도 있다”며 “면역세포 자체가 문제인지, 바이러스가 문제인지도 아직은 알 수 없다”고 밝혔다.

그런데도 이 연구는 스테로이드 덱사메타손이 왜 일부 코로나19 환자에게 효과가 있는지 설명하는 데 도움이 될 수 있다. 스테로이드 덱사메타손 코로나19로 인한 사망을 예방한 최초의 약물 중 하나다. 제임스 스톤 박사는 “이 약물이 염증을 줄여 코로나19 면역세포가 심장 내에 존재하는 것을 억제했을 수도 있다”라고 말했다. 덱사메타손 치료를 받은 환자에게는 50%에서만 코로나19 바이러스가 심장에서 발견된 반면, 약을 복용하지 않은 환자의 경우 90%에서 바이러스가 발견됐다.

그러나 이런 결론을 일반화시키기는 어렵다는 의견도 나온다. 미국 텍사스주립대 남서부 의료센터의 니콜라스 헨드렌 박사는 “대규모 임상시험에 비해 이 새로운 연구의 대상이 된 환자 수는 적기 때문에 한 약물이 다른 약물보다 심장을 더 잘 보호한다고 말할 수 없다”라고 밝혔다.

사이언스지는 “이 연구는 코로나19가 어떻게 심장을 손상시킬 수 있는지, 어떻게 특정한 치료법이 도움이 될 수 있는지에 대한 통찰력을 제공한다”라고 평가했다.

박쥐가 바이러스를 전파한 과정?

코로나19, 과거 혈통에서 이미 강력한 전염력 확보

그동안 과학자들은 코로나19를 유발한 신종 바이러스(SARS-CoV-2)가 박쥐에게서 비롯됐다고 주장하고 있었다.

박쥐에게서 야생 상태의 ‘중간숙주’ 동물로 전염됐다가 인간에게 건너왔다는 것인데 그러나 이 ‘중간 숙주’가 무엇이며 어떤 과정을 통해 사람에게 전파됐는지를 밝혀내지 못하고 있었다.

이런 분위기 속에서 바이러스가 어떤 과정을 거쳐 팬데믹을 유발했는지 그 진화 과정을 설명해주는 연구 결과가 발표돼 주목을 받고 있다. 유전체 염기서열을 분석하는 등 다양한 방법을 통해 그동안의 바이러스 행적을 추적한 내용이다.

코로나19 원인으로 지목받고 있는 말발굽 박쥐. 연구 결과 박쥐에 감염된 신종 바이러스가 진화과정을 거쳐 강력한 전염력을 갖추고 있었으며, 이를 기반으로 사람에게 전염돼 팬데믹 사태를 유발한 것으로 분석되고 있다. ⓒFreepik

사람？박쥐로부터 바이러스 자연선택 과정 분석

논문은 생명과학 분야에서 가장 많은 인용 횟수를 기록하고 있는 오픈 엑세스 저널 ‘플로스 바이올로지(PLOS Biology)’ 12일자(현지 시간)에 게재됐다.

제목은 ‘Natural sel ection in the evolution of SARS-CoV-2 in bats created a generalist virus and highly capable human pathogen‘. 영국 글래스고 대학, 미국 템플 대학, 펜실베이니아 주립대학, 벨기에 레가 의학연구소 등이 공동 참여했다.

연구진은 논문에서 HIV(인체 면역결핍 바이러스) 등 이전에 유행했던 다른 바이러스의 데이터를 분석한 경험을 살려 코로나19를 유발하고 있는 신종 바이러스(SARS-CoV-2)의 변화를 추적할 수 있었다고 밝혔다.

특히 코로나19가 전파된 2019년 12월부터 11개월 동안 세계 전역에서 발견되고 있는 수십만 개의 바이러스 게놈을 대상으로 염기서열을 분석했는데 해당 결과를 통해 신종 바이러스가 어떤 식으로 변화하고 있는지 진화적으로 분석할 수 있었다고 밝혔다.

연구팀이 주목한 것은 인간(숙주)에 대한 신종 바이러스의 적응력이다.

일반적으로 바이러스가 숙주에 적응하기 위해서는 시간이 필요하다. 그러나 놀랍게도 신종 바이러스는 사람에게 적응하면서 시간이 거의 필요하지 않았다. 원인을 찾기 위해 연구팀은 바이러스 전염 과정에서 발생하는 자연선택 과정을 추적했다.

먼저 진화에 유리한 변이 과정인 양성선택(positive sel ection)이 일어났는지 분석한 결과 박쥐에 있는 바이러스에게서 유의미한 증거를 발견했다. 숙주의 항바이러스 작용기전과 관련이 있는 것으로 추정되는 CpG 서열을 발견했다고 밝혔다.

CpG 서열이란 숙주의 면역반응을 조절하는 것으로 알려진 외가닥의 DNA 단편을 말한다. 이는 과거 말발굽 박쥐에게서 동시 감염을 위한 양성 선택이 발생했다는 것을 말해주는 것이다.

2019년 12월 많은 사람에게 바이러스가 전파되기 시작하기 이전에 이미 양성 선택으로 많은 진화가 일어났으며, 사람에게 전염된 후에는 사람과 사람 사이를 오가며 손쉽게 전파될 수 있는 능력을 지니고 있었다는 것을 시사하고 있다.

강력한 전파력 이미 갖추고 있어… 대비해야

과학자들은 진화 과정에서 유리한 변이는 자연선택 되지만 불리한 변이는 자연도태 된다고 설명한다.

유리한 선택을 양성선택(positive sel ection), 불리한 선택을 음성선택(negative sel ection), 혹은 순화선택(purifying sel ection), 그리고 유리하지도 불리하지도 않은 선택을 중립변이(neutral mutation)라고 한다.

자연선택 과정에서 중립변이는 아무런 역할을 하지 못한다. 진화 과정에서 더 선호되지도 않지만 그렇다고 사라지지도 않는다.

첫 번째 저자인 글래스고 대학의 오스카 맥린(Oscar MacLean) 교수는 “코로나19를 유발한 이 신종 바이러스에서 끊임없는 변화가 일어나고 있었지만 진화적으로 ‘중요한(important) 변화는 아니었다.”라고 밝혔다.

“사소한 변이가 발생하면서 유전체 안에 축적되고 있었지만 유전학적으로는 ‘중립적인(neutral)’ 변이 과정에 머물고 있었다.”는 것.

맥린 교수는 영국과 남아국, 브라질 변이 바이러스에게서 공통적으로 발견되고 있는 D614G 변이를 예로 들었다. 스파이크 단백질의 614번째 아미노산이 아스파르트산(D)에서 글라이신(G)으로 바뀐 경우를 말한다.

이 변이로 인해 인류가 고통을 받고 있지만 진화적인 측면에서 ‘중립 변이’에 속한다고 말했다. “연구 결과 D614G와 유사한 변이가 끊임없이 일어나고 있었지만 진화적으로는 ‘중립적인’ 상태가 지배적이었다.”라고 말했다.

교수는 연구 결과에 비추어 “이 새로운 병원체가 매 짧은 기간에 인류를 지배할 수 있었던 것은 박쥐를 기반으로 사람과 같은 또 다른 숙주를 충분히 지배할 수 있는 능력을 키워온 것으로 보인다.”라고 말했다.

“이런 상황에서 인류 삶의 구조가 신종 바이러스에 매우 취약했다는 것을 보여주고 있다.”라고 말했다. 감염 초기 혼란과 면역력 부족, 밀집된 사람들의 생활문화 등 신종 바이러스가 적응하는데 알맞은 환경이 조성됐을 것“이라며, 대처 방식에 대한 의문을 제기했다.

글래스고 대학의 데이비드 로버트슨(David Robertson) 교수는 “지금의 팬데믹 사태는 신종 바이러스의 더 심하게 변이된 과거 혈통과 관련이 있다.”라고 말했다.

“향후 숙주의 면역력을 피할 수 있는 또 다른 변이를 선택할 것이며, 만성 증세, 장기 감염 등 새로운 선택적 공격을 할 수 있다.”라며, “향후 발생할 순환 변이를 대처할 수 있는 백신 등을 개발할 필요가 있다.”고 말했다.