By MEGAN MOLTENI, WIRED US

지금쯤이면 코로나바이러스 위험을 최소화할 수 있는 일상을 터득했을 것이다. 마스크를 착용했는가? 확인한다. 사회적 거리두기? 이제는 터득했다. 다른 집단에 소속된 사람들과 실내에서 시간을 보내기? 무조건 거절한다. 손을 씻어야 한다. (야채는 씻지 않아도 괜찮다.) 매우 훌륭하다. 계속 이대로 행동해야 한다. 현재 미국 내 거의 모든 주에서 코로나19 확진 사례가 기록적인 수준으로 증가하고 있으며, 병원은 코로나바이러스 입원 환자가 너무 많아 제 역할을 하지 못하는 수준에 이르렀다. 이러한 상황에서 코로나바이러스 위험을 최소화하기 위한 모든 행동을 실천하는 것이 그 어느 때보다 중요하다. 그러나 공중 보건 전문가들은 길고 치명적인 겨울이 다가오고 있다고 경고하고 있다. 이 시점에서 일부 과학자는 코로나바이러스를 최소화하기 위한 요소로 한 가지를 더 언급한다. 바로 가습기이다.

겨울이 다가오면서 기온이 크게 떨어지고, 공기가 차가워지면서 수증기가 줄어든다. 대부분 건물에서 사용하는 난방 방식때문에 코로나바이러스 감염 위험만 악화된다. 난방과 환풍, 에어컨 시스템은 외부 공기를 흡입하고 가열시켜 외부 공기의 수분을 손상시킨다. 이 때문에 호흡기 질환을 유발하는 바이러스가 숙주를 통해 빠르게 이동하기 쉽다. 그러나 건조한 공기는 바이러스가 질병을 유발하지 못하도록 막는 인체의 가장 중요한 면역 체계를 망가뜨린다. 향후 몇 개월 간 이어질 추운 겨울에 코로나바이러스가 더욱 심각하게 퍼지는 원인이 될 수 있다.

컬럼비아대학교 공공보건대학원의 전염병 예측 전문가인 제프리 샤만(Jeffrey Shaman) 박사는 “겨울에는 실내 환경이 매우 건조한 경우가 많다. 이 때문에 바이러스가 전염되기 쉽다. 게다가 많은 사람이 실내에서 보내는 시간이 증가했다. 따라서 여러 요인 때문에 코로나바이러스 예방이 어려워지는 상황이다”라고 말한다.

10여년 전, 샤만 박사 연구팀은 31년간 누적된 미국 내 인플루엔자와 같은 유형의 질병 데이터와 날씨 데이터를 검토했다. 연구팀은 계속 검토를 하면서 평소보다 훨씬 건조한 겨울에 바이러스가 가장 많이 확산된다는 사실을 발견했다. 페럿과 기니피그를 대상으로 진행한 연구실 실험에서도 비슷한 패턴이 나타났다. 인플루엔자 바이러스는 우리 내부의 상대 습도가 40% 미만일 때 가장 많이 확산됐다. (따뜻한 날의 실내 습도는 일반적으로 40%~60%이다.)
 
버지니아공과대학교 린지 마(Linsey Marr) 교수와 같이 독감을 연구한 에어로졸 과학자가 습도가 낮을 때 바이러스가 많이 확산되는 이유에 대한 답변을 할 수 있을 것이다. 마 교수 연구팀은 2012년, 어느 한 연구에서 상대 습도가 급격히 줄어들수록 인간이 대화하거나 기침을 할 때 나오는 분자의 크기가 더욱 작아진다는 사실을 확인했다. 인간에게서 나온 분자는 점액과 염분, 단백질, 세포로 구성됐으나 대부분 액체 형태이다. 주변 공기가 건조할수록 수분이 빨리 증발한다. 또, 분자 크기가 작을수록 공기 중에 더 오래 머무른다. 분자가 멀리 이동할수록 인간의 폐에 더욱 깊숙이 들어갈 수 있다. 이러한 분자에 내재한 바이러스는 분자의 움직임에 따라 함께 이동한다.

분자가 바이러스에 감염될 수 있는 사람의 호흡기 내부에 자리를 잡으면 문제를 일으킬 수 있다. 물론 인체에는 바이러스와 같은 외부에서 들어온 물질로부터 보호하기 위한 다양한 면역 층이 형성됐다. 인체의 첫 번째 방어 체계는 비강을 형성하는 세포로 유지된 신체적 장벽이다. 이중 일부는 점액을 만들어낸다. 바로 두 종류의 다른 점성을 지닌 미끄럽고 끈적거리는 물질이다. 인간의 비강과 인후의 다른 세포에는 작은 아네모네와 같이 생긴 털로 구성된 섬모가 있다. 더욱 점성이 강한 면역 층과 함께 바이러스를 퇴치하는 역할을 한다. 이러한 움직임은 컨베이어 벨트처럼 두꺼운 윗부분의 점액층을 폐에서 먼 곳으로 이동시킨다. 이때, 점막 전류는 바이러스나 박테리아(혹은 꽃가루와 재 등 각종 물질 포함)를 잡아 삼키거나 기침을 하게 된다. 그러나 공기가 너무 건조하다면 점액층에서 수분이 사라지고 섬모에 압력을 가해 제 역할을 하지 못하도록 한다.

2017년, 예일대학교 의과대학 연구진은 상대 습도가 50%인 환경보다 10%인 곳에서 쥐의 호흡기 내부에서 인플루엔자 바이러스가 사라지기 훨씬 어렵다는 내용의 논문을 게재했다. 점막의 움직임이 느려졌다. 이는 해당 연구 논문의 제1저자인 예일대학교 면역학자 아키코 이와사키(Akiko Iwasaki) 교수가 최근 트위터에 공개한 놀라운 영상 여러 편을 통해 확인할 수 있다. 점막 섬모가 정상적인 반응을 하지 않을 때, 쥐의 폐까지 바이러스가 확산할 확률이 높아졌다. 또, 습도가 높은 곳보다는 낮은 곳에 있는 쥐들이 병에 걸리는 경우가 더 많있다.

차갑고 건조한 공기가 인체 면역 반응의 두 번째, 세 번째 단계도 손상시킨다. 바이러스가 점액을 지나쳐 인체로 들어온 뒤, 기도를 덮는 세포인 상피세포로 이동한다. 그리고, 더 깊숙이 들어가 상피세포의 분자 조직을 가로채 바이러스을 추가로 복제한다. 이 때부터는 바이러스의 복제 속도와 인체의 바이러스 속도 중 무엇이 더 빠른가가 문제가 된다. 바이러스에 감염된 세포가 면역 체계가 망가진 것을 감지하면 유전자 수백 개를 빠르게 이동시킨다. 그중 일부는 분자의 확산을 막을 수 있는 유전자 생성을 담당한다. 가위와 같은 형태의 효소가 바이러스의 유전자 코드를 분해하고, 그물 같은 형태의 단백질이 바이러스를 세포막에 묶는다. 바이러스가 스스로 복제하거나 근처의 다른 세포를 감염시키지 못하도록 막기 위한 목적이다. 일부 유전자는 화학적 고통 신호인 인터페론을 생성한다. 인터페론 분자가 면역 세포를 모아 하나로 묶어 바이러스를 퇴치하도록 하며, 인터페론 분자의 반응이 염증과 함께 기침, 발열, 인두통 등 독감 증세를 일으킨다.

이와사키 박사 연구소에서 박사 후 과정을 지낸 예일대학교 면역 생물학자인 엘렌 폭스만(Ellen Foxman)는 “바이러스 증상 발생 여부는 바이러스가 인체에 얼마나 깊이 침투하고 복제하느냐에 달려있다”라고 말한다. 폭스만은 기온이 면역 체계와 감기 증상을 일으키는 바이러스 확산 속도에 미치는 영향을 연구한 적이 있다. 그는 “면역 체계 발동 속도에 영향을 미친다. 기온이 낮으면 면역 체계가 반응하는 속도가 느려져, 바이러스 확산에 유리해진다”라고 설명한다. 습도가 낮은 환경에 있는 쥐에게서도 이와 같은 현상이 나타났다. 매우 건조한 환경에 놓인 쥐의 상피세포는 유전자에 면역 체계를 작동하기 위한 신호를 보내지 못했다. 그러나 건조한 환경이 인터페론 반응에 미친 영향에 대한 연구는 지금도 활발하게 이루어지고 있다.

온화한 기후 지대에서 계절의 변화에 따라 호흡기 질환이 서서히 줄어들고, 급격히 증가하기도 한다. 매년 인플루엔자와 리노바이러스 감염증, 만연한 감기를 유발하는 코로나바이러스는 기온과 습도가 올라가면서 사라지고, 여름에서 가을로 바뀔 때 급격히 증가한다. 예일대학교의 연구실 실험은 낮은 습도가 계절별 변화에 따라 영향을 미칠 가능성이 크다는 사실을 설명하는 데 도움이 된다. 그러나 실제 세계에서 인간의 전염병을 예방하는 과정에서 습도의 영향이 얼마나 큰지 직접 실험을 할 수 있는 과학자는 극소수였다. 사실, 이러한 실험이 진행된 적은 단 한 번 밖에 없다.

2016년, 분자 생물학자 크리스 피에럿(Chris Pierret) 박사가 이끄는 메이오클리닉(Mayo Clinic)의 연구팀은 현지 유치원과 협력해, 유치원 네 곳 중 두 곳의 교실에 가습기를 설치했다. 1월부터 3월까지 교실에서 가습기를 사용했으며, 주기적으로 각 교실에서 샘플을 채취했다. 이후, 샘플에서 찾은 바이러스를 키우려 했다. 연구팀은 실험 도중 가습기를 사용한 교실에서 바이러스가 더 적었다는 사실을 발견했다. 또한, 가습기를 사용하지 않은 교실보다 독감 증세를 보이는 아이가 더 적다는 사실도 함께 확인했다.

피에럿 박사가 아이디어를 얻게 된 계기는 단순한 사실과 수치 암기 대신 실험을 장려하는 방향으로 과학 교육을 개편하고자 하는 메이오클리닉 계열 비영리단체 인사이에드아웃(InSciEd Out)과 함께 진행한 작업이다. 인사이에이드아웃은 여러 학교와 협력 관계를 체결해 학생과 교사가 제브라피시로 실험을 하도록 도움을 주었다. 제브라피시는 발생생물학자들이 일반적으로 연구하는 유기체 모델이다. 2년 전, 미네소타의 어느 한 학교가 인사이에이드아웃이 제공한 아이디어를 따르고자 하는 데 열의를 보였다. 관료들은 교실는 어항을, 학교에는 트래픽 양이 많은 컴퓨터 실을 설치했다. 그 해 겨울은 예년보다 건조해, 제브라피시가 새로운 환경에서 거주하는 데 어려움이 있었다. 건조한 공기가 실내의 모든 수분을 흡수했다. 심지어 새로 설치한 어항의 물까지도 수분을 빼앗겼다. 어느 한 교사가 피에럿 박사에게 연락해 어항 실험 때문에 지쳤다며 불만을 이야기했다. 피에럿 박사는 당시 해당 교사가 "아무 것도 하는 것이 없고, 그저 어항 물만 매일 채워야 한다"라고 말한 사실을 떠올린다. 결국 호흡기 감염에 매우 치명적인 해였다는 사실이 밝혀졌다. 미네소타주 일대 여러 학교에서 독감 증상 때문에 결석을 한 학생이 예년보다 많았다. 그러나 한 학교는 예외였다. 바로 교실에 어항을 설치한 학교다. "매우 주목할 만한 일이었다. 학교 어항이 우리 연구팀이 가설을 세우게 된 계기이다"라고 말한다. 피에럿 박사는 동료와 함께 미네소타 지역 유치원에서 실내 습도를 높이면 바이러스 확산률이 감소한다는 가설을 입증할 연구를 진행했다. 그리고 연구 결과를 국제 학술지 '플로스 원(PLOS One)'에 게재했다.

그러나 샤만 박사는 메이오클리닉 연구팀의 연구가 모두의 관심을 이끌 만큼 흥미롭지만, 한 가지 제한적인 사례만으로 가습기가 코로나바이러스를 예방할 수 있는 획기적인 방법이라고 주장하기는 어렵다고 말한다. 아직 과학자들은 신종 코로나바이러스가 인플루엔자나 감기를 유발하는 바이러스 등과 같은 다른 호흡기 질환처럼 계절에 따른 발병 현황 변화를 나타내는지 확신하지 못한다. 이러한 사실은 전 세계가 새로운 유형의 질병에 감염되기 쉬운 전염병 발병 첫 해에는 입증이 거의 불가능하다. 코로나바이러스 면역 체계가 어느 정도 생기기까지는 1년 혹은 2년이 걸린다. 그후 기후 상승과 같이 눈치를 채기 어려운 아주 미세한 요소가 바이러스 전염에 더 큰 영향을 미친다.

그러나 스테파니 테일러(Stephanie Taylor) 교수와 같은 이들은 오래 기다리지 않으려 한다. 하버드의과대학 의사 겸 항체보건 펠로우인 테일러 교수는 매우 성공적인 교수이자 미국공조냉동공학회(American Society for Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers)의 전염병 전담팀(Epidemic Task Group) 구성원이다. 테일러 교수는 몇 년간 실내 공기와 인간의 건강의 상관관계를 연구해왔다. 그는 건물 내부의 습도만 살짝 조절하면 매년 수천 명의 목숨을 구할 수 있을 것이라고 믿는 과학자 중 한 명이다. 2020년 4월, 그는 WHO에 실내 상대 습도 기준 권고사항 몇 가지를 포함한 지침을 발표할 것을 요청하는 온라인 청원을 시작했다. WHO는 오염과 곰팡이 등 실내 공기의 질 문제를 다룬 몇 가지 지침을 발표했다. 그러나 현재는 공공 건물 내 최소 습도 기준에 대한 제한을 두고 있지 않다. 지금까지 4,500명 이상이 테일러 교수의 청원에 서명했다.

테일러 교수는 2020년 여름, MIT 연구진과 협력해 코로나19와 습도 간 관계 예측을 입증할 실험을 했다. 연구진은 125개국의 데이터를 확보했다. 연구진은 데이터 세트 한 곳에 연간 보건 예산 지출액과 학교 임시 휴교 조치, 마스크 착용 의무화 등 각종 코로나19 확산 방지 정책과 같은 국가별 코로나19 대비 방법과 대응책의 차이를 담은 정보를 수집했다. 다른 데이터 세트에는 코로나19 확진자 수를 포함한 사망자 수 통계 자료를 수집했다. 세번째 데이터 세트에는 기온과 습도, 기압, 강수량, 일조량, 실내 상대 습도 추정치를 확인하고자 실내에서 측정한 기타 특징 등 환경 데이터를 수집했다. 그후, 모든 데이터를 머신러닝 모델에 제공해, 가장 강력한 상관관계를 찾기 위한 연구를 진행했다.

테일러 교수는 MIT 연구진이 데이터 분석 결과에서 일부 교란 인자 변수가 발생해, 테일러 교수의 가설을 거짓으로 판별할 것이라고 확신했다고 전한다. 그러나 3개월간의 데이터 분석 과정 이후, 국가별 코로나19 신규 확진자 수와 사망자 수가 실내 상대 습도와 밀접한 상관관계가 있다는 사실을 확인했다. 다른 수십가지 요인을 통제해도 여름에 북반구의 실내 상대 습도가 증가했을 때, 코로나19 사망률이 크게 감소했다는 결과가 나왔다. 반면, 같은 시기 남반구의 실내 상대 습도가 낮아지면서 사망자 수가 증가하기 시작했다. 테일러 교수는 “실내 상대 습도와 코로나19가 밀접한 관련이 있다. 매우 놀랍다”라고 말한다.

테일러 교수의 연구 논문은 아직 게재되지 않았다. 그러나 테일러 교수는 자신의 연구 결과가 지금까지 확인된 증거 중, 코로나19 억제를 위한 논의에서 환풍기, 마스크, 손 위생 상태 등과 마찬가지로 습도도 중요하게 논의돼야 한다는 사실을 입증하는 가장 강력한 증거라고 말한다. 테일러 교수는 "한 가지 요소를 다른 요소보다 더욱더 우선시하기는 어렵다. 코로나19 확산 방지를 위해 특정한 한 가지 요소가 아니라 모든 요소가 필요하다. 가습기는 마스크나 사회적 거리두기, 환풍기를 대체할 코로나19 확산 방지 수단이 아니다. 그러나 가습기 사용이 많다면, 지금껏 실시한 코로나19 예방 대책을 한 단계 더 강화할 수 있을 것이다"라고 주장한다. 습도가 높을수록 호흡기 분자가 커지는 속도와 지상으로 떨어지는 속도가 빨라진다. 이 때문에 확진자와 6피트(약 1.83m) 거리두기 유지를 시행하면, 타인이 호흡으로 접촉할 수 있는 대기 중의 바이러스를 약화시킬 가능성이 높아진다. 일본 연구진은 최근 모델링 연구를 통해 상대 습도가 30%일 때, 습도가 60%이상인 환경보다 대기 중의 전염성 미립자의 이동량이 두 배 더 많다는 사실을 발견했다. 또, 마스크로 인간의 코와 입에서 나오는 분자를 막을 가능성이 더 높다는 점을 의미한다. 마스크는 작은 입자보다 큰 입자를 막는 데 더욱 효과적이기 때문이다. 즉, 공기청정기(심지어 싸구려 조립형 공기청정기도 마찬가지로)가 전염성 바이러스가 내재됐을 가능성이 있는 분자를 상당수 걸러낸다는 뜻이다.

이 글을 읽는 독자 중 “당장 다른 것은 제쳐두고 우선 집안 습도를 측정하고 살펴보아야 겠다”라고 생각을 하는 이도 있을 것이다. 코로나19 위험 완화 계산이 이미 복잡하지 않은 것처럼 보인다. 그러나 피에럿 박사는 간단히 코로나19 위험성을 계산할 수 있는 방법이 있다고 말한다. 그는 “습도를 높일 공간이 단 한 곳 밖에 없다면, 침실의 습도를 높이는 것을 추천한다”라고 말했다. 그는 메이오클리닉 차원이 아닌 자신 스스로가 이와 같은 조언을 준 사실에 주목했다.

점액의 움직임과 섬모 유지 외에도 상대 습도가 40%~60%인 환경에서 취침하는 것이 더 좋다는 연구 결과가 나왔다. 수면 도중 면역 체계가 항체와 각종 중요한 신호 분자를 생성한다. 따라서 습도가 적절한 곳에서 취침한다면, 신체가 향후 감염 위험을 막는데 더욱더 철저히 대비할 수 있을 것이다. 그러나 피에럿 박사는 아직 가습기가 코로나19 확산을 막을 마법과 같은 수단이라고 생각하지 않는 것이 중요하다고 말한다. 여전히 마스크 착용과 손 씻기, 사회적 거리두기 준수, 사람이 많은 실내 공간 방문 기피 등과 같은 방역 지침을 지켜야 한다. 피에럿 박사는 “코로나19 예방 대책 중 한 가지만 실시하는 것으로는 부족하다. 그러나 각각의 대책은 스스로에게 유리한 변수를 쌓기 위해 카드판에 카드를 두는 것과 같은 행위라고 볼 수 있다”라고 말한다.

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
Covid Winter Is Coming. Could Humidifiers Help?