오미크론 감염력·약한 증상 의문 풀리나…“13개 변이 유전자 핵심”

오미크론 변이 코로나19 바이러스가 크게 확산하면서 전세계가 방역에 여념이 없는 가운데 진화생물학자들은 오미크론 변이 발생의 비밀을 밝혀내는데 여념이 없다고 미국 뉴욕타임스(NYT)가 24일(현지시간) 보도했다.

지금까지 밝혀진 내용들은 오미크론에만 있는 13개 변이들이 절묘하게 함께 움직이면서 크게 번성할 수 있게 됐다는 것이다.

지난해 11월 남아프리카공화국에서 처음 발견된 오미크론 바이러스를 유전자 분석한 과학자들은 깜짝 놀랐다. 다른 변이들이 2~12개의 유전자 변이만이 나타난데 비해 오미크론은 변이 유전자가 53개에 달했기 때문이다.

오미크론의 미스테리는 지난주 발표된 논문에서 한층 더 깊어졌다. 국제 연구팀이 발표한 논문에 따르면 오미크론 바이러스에 있는 13개 유전자 변이가 다른 코로나 바이러스에서는 발견된 일이 거의 없는 것들이어서 오미크론이 변이 바이러스가 생존하기 힘들게 만들 것이라는 점이었다. 그런데 이들 13개 변이가 함께 협력해 오미크론의 핵심 기능을 담당하는 것으로 보인다는 것이 미스테리의 핵심이다.

이후 연구자들은 오미크론이 진화의 일반적 규칙을 뛰어넘어 코로나의 특징을 구성하게 됐는지를 규명하는데 몰두하고 있다.

변이는 코로나 바이러스에서 통상적으로 발생하는 현상이다. 바이러스가 세포내에서 복제될 때 세포가 유전자 결함을 일으킬 확률이 약간 있기 때문이다. 이렇게 변이가 생긴 바이러스들은 결함 때문에 다른 바이러스들과 생존 경쟁에서 탈락하는 것이 보통이다.

그러나 변이가 바이러스를 진화시키는 경우도 있다. 세포에 더 잘 달라붙도록 하거나 복제가 더 빨리 되도록 하는 등이다. 이런 우성 변이를 갖게 된 바이러스는 다른 바이러스보다 생존력이 높다.

2020년 내내 과학자들은 점진적으로 몇개 안되는 변이를 갖게 된 전세계 각지의 코로나바이러스들의 차이를 찾아냈다. 코로나바이러스의 진화과정은 2020년말까지 매우 느렸다.

그해 12월 영국 학자들이 중국 우한에서 1년 전 발생한 코로나 바이러스에는 없는, 23개의 변이가 발생한 새 변이 바이러스를 발견하고 가슴을 졸였다.

알파라는 명칭이 붙은 새 변이 바이러스는 순식간에 전세계를 휩쓸었다. 2021년 내내 전염력이 높은 새 변이 바이러스들이 발견됐다. 여름이 지나면서 20개의 변이가 있는 델타 바이러스가 알파 바이러스를 몰아내고 우세종이 됐고 델타보다 변이가 두배 이상 많은 오미크론이 뒤이어 나왔다.

오미크론이 발견된 직후 남아프리카공화국 케이프타운대 대런 마틴박사 연구팀은 53개 변이를 다른 바이러스와 비교해 오미크론 변이 바이러스의 진화 과정을 재구성했다. 일부 변이들은 델타 및 다른 변이들에서도 발견됐고 이는 이 변이들이 반복해서 발생했음을 의미했다. 즉 자연도태 과정을 이겨내고 살아남은 것이다.

그러나 연구자들은 오미크론 변이 바이러스의 표면을 덮고 있으면서 세포에 침투할 수 있게 하는 돌기 단백질을 살펴보면서 크게 다른 패턴이 있음을 확인했다.

오미크론은 돌기 유전자에만 30개의 변이가 있다. 연구자들은 이들중 13개가 다른 바이러스에서 거의 찾아보기 힘든 것임을 확인했다. 오미크론과 거리가 먼 사촌격인 박쥐에서 발견된 코로나 바이러스에도 이 변이는 없었다. 13개 변이 중 일부는 팬데믹 동안 과학자들이 분석해낸 수백만개의 코로나 바이러스 유전자에도 없는 것이었다.

변이가 바이러스에게 도움이 되거나 최소한 해를 끼치지 않는 변이들은 보다 자주 발견되는 것이 일반적이다. 매우 드물거나 아예 발견된 적이 없는 변이는 바이러스가 복제하기 어렵게 만드는 징표였다.

그런데 오미크론은 이런 규칙을 벗어났다. 마틴 박사는 “오미크론은 소멸하지 않았다. 전에는 보지 못하던 현상”이라고 말했다.

이들 13개 변이가 더욱 특이한 것은 오미크론 돌기에 마구잡이로 나타난 것이 아니라 3개 군집을 형성하고 각 군마다 단백질의 극히 일부만 변화시키고 있다는 점이었다. 나아가 이들 3개 군이 오미크론의 특징을 좌우하고 있다.

2개 군은 돌기의 위쪽 끝 모양을 변화시켜 사람의 항체가 바이러스에 붙어 세포에 붙지 못하게 만드는 것을 어렵게 만든다. 그로 인해 오미크론은 백신이나 감염으로 항체를 가진 사람에게도 잘 전염이 된다.

나머지 1개 군은 돌기의 뿌리 쪽에 변형을 일으켰다. 이 부분은 돌기 윗부분이 세포에 달라붙은 뒤 바이러스가 자신의 유전자를 숙주 세포에 집어넣게 하는 융합부위다.

일반적으로 코로나바이러스는 융합부위를 사용해 숙주 세포의 세포막에 결합한 뒤 유전자를 세포 안으로 흘려 보낸다.

그러나 오미크론의 융합부위는 다르게 작용한다. 세포막에 결합하지 않고 바이러스 전체가 세포안에 있는 구멍 속으로 빨려 들어가 세포 안에서 거품의 형태로 머물고 있다가 터지면서 유전자를 퍼트린다.

이같은 새로운 감염경로가 오미크론이 델타보다 증상이 심하지 않은 이유를 설명해준다. 상기도에 있는 세포들이 오미크론을 쉽게 거품 속에 가둘 수 있기 때문이다. 이에 비해 허파처럼 깊숙한 하기도 부위는 바이러스가 세포를 녹여서 침투해야 하는데 오미크론은 이를 잘 해내지 못한다.

이처럼 돌기에 형성된 3개 변이 군집이 오미크론이 성공적으로 생존하는데 중요한 역할을 하는 것으로 추정되는데 이들 13개 변이들이 다른 변이에서는 거의 발견되지 않는다는 점이 매우 특이한 현상이다.

마틴 박사 연구팀은 그 이유를 ‘우성상위(epistasis)’ 현상으로 보고 있다. 바이러스에 해로울 수 있는 변이가 상호작용하면서 진화하는 현상을 가리키는 용어다.

오미크론은 13개의 열성 유전자 변이들이 함께 생존에 도움이 되도록 진화한 것으로 추정된다. 후천성면역결핍증처럼 면역력이 약한 사람의 신체에서 장기간에 걸쳐 진화했을 가능성이 있다. 코로나에 반복해 걸리면서 여러 세대의 코로나바이러스를 함께 보유하는 진화의 실험실과 같은 환경이기 때문이다. 건강한 사람의 경우 코로나 바이러스가 며칠 또는 몇주만 머물기 때문에 변이가 발생하는 진화가 이뤄지기 어려운 환경이다.

면역력이 약한 숙주는 항체를 많이 만들어내지 못하기 때문에 많은 바이러스가 번식하게 되고 새로운 변이 바이러스도 항체에 저항하면서 복제할 수 있다.

한편 항체를 회피할 수 있는 변이가 반드시 생존에 유리한 것이 아니다. 예컨대 바이러스의 돌기 단백질을 불안정하게 만들에 세포에 빠르게 달라붙지 못하게 만들 수 있기 때문이다. 그러나 면역력이 약한 사람에서는 바이러스가 돌기를 안정시키는 새로운 변이를 만들 수 있게 된다.

이런 변이 과정이 한 사람의 신체 안에서 여러 번 발생할 수 있으며 오미크론은 그런 과정을 거쳐 돌기 단백질이 건강한 사람에게도 잘 전염될 수 있도록 하는 조합을 갖게 진화했을 수 있다고 연구진의 한 사람인 템플대학교 세르게이 폰드가 추정했다.

그러나 아직은 추정일 뿐 다른 설명도 가능하다. 예컨대 13개의 돌기 변이가 오미크론에 아무런 도움이 되지 않을 수 있다는 것이다. 이들 대신 다른 돌기 변이가 오미크론이 성공하는 비결일 수 있다는 것이다.

[서울=뉴시스]