콜로라도주립대학교 수의학 미생물학자인 안나 파거(Anna Fagre) 박사는 동물 바이러스를 연구했다. 파거 박사는 보통 야생동물의 이상 병원체가 인간에게 감염되기 전, 이를 먼저 찾는다. 그러나 지난 6개월간 파거 박사는 다른 동료 과학자와 함께 완전히 반대되는 문제를 발견했다. 바로 인간이 동물에게 치명적인 바이러스를 전염시키지 못하도록 막는 것이다.
파거 박사 연구팀은 고양이와 개, 햄스터, 쥐 등 동물이 인간에게서 코로나19에 감염되기 얼마나 쉬운지 확인하기 위한 연구 중이다. 코로나19를 유발하는 바이러스인 Sars-CoV-2는 매우 보편적으로 존재해, 과학계에서 갈수록 인간의 Sars-CoV-2가 동물에 감염되는 것과 야생에 감염 사례를 확인하지 못한 채로 바이러스가 퍼지는 것을 우려한다. 만약, 인간에게서 Sars-CoV-2가 동물에게 겉잡을 수 없을 정도로 확산한다면, 코로나19는 인간과 동물 모두에게 치명적인 결과라는 새로운 단계가 발생할 수 있다.
바이러스 감염 위협은 매우 현실적으로 발생한다. 코로나19보다 확산 정도가 훨씬 낮은 여러 질병이 지난 몇 년간 인간에게서 동물로 전염됐다. 2000년대 초반, 인간이 보유한 에볼라 바이러스가 영장류에 전염돼, 매우 치명적인 결과가 발생했다. 2009년부터 2011년에는 H1N1 인플루엔자가 물개와 강치에 전염됐으며, 그와 동시에 여러 가지 호흡기 바이러스는 이미 멸종 위기에 처한 마운틴 고릴라에 2010년대에 10년간 치명적인 영향을 미쳤다.
Sars-CoV-2가 새로운 동물 종에 감염된다면, 코로나19가 걷잡을 수 없을 정도로 지나치게 퍼지면서 바이러스는 새로운 숙주와 인간 사이에서 불규칙하게 퍼질 것이다. 황열과 에볼라, 치쿤구니아, 결핵 등과 같은 사례에서 우려의 경고를 찾아볼 수 있다. 모두 한때는 통제할 수 있는 수준이었으나 이후 동물에게 감염되면서 질병 바이러스가 만연해지고 변이돼, 인간에게 재감염되는 문제가 발생했다.
파거 박사는 “인간의 바이러스가 동물에 감염되는 역파급을 우려하는 이유는 크게 두 가지이다. 바로 야생동물 보호와 공중보건 요소이다. Sars-CoV-2가 이미 기후변화와 서식지 상실, 기타 스트레스 요인 등과 같은 요소 때문에 크게 위협을 받는 종에 전염된다면, 야생동물 보호에 어떤 여파가 발생할까? 또, 인간은 과거의 사례를 통해 야생동물 병원 보유체를 지닌 병원균을 없애는 것이 훨씬 더 어렵다는 사실을 확인했다”라고 말했다.
[사진=Unsplash]
최대 우려사항 중 하나는 동물 사이에서 이루어지는 Sars-CoV-2 전염이 바이러스가 더 변형되도록 유도해, 극도로 심각하거나 현재 보급된 백신으로 보호할 수 없는 위험한 신종 변이 바이러스가 급격히 증가하는 결과가 발생할 수도 있다는 점이다.
인간의 Sars-Cov-2가 동물에 감염되면 발생하는 일을 알 수 있는 단서를 이미 확인했다. 2020년 3월부터 2021년 1월까지 유럽연합 회원국 8개국의 밍크 농장 400곳에서 바이러스가 발견됐다. 2020년 11월, 유럽 질병보호 및 통제 센터(ECDC)는 밍크의 Sars-CoV-2 변이 바이러스가 덴마크 밍크농장 근로자에게 감염된 사실을 공개했다.
ECDC가 발견한 밍크의 변이 바이러스 인간 감염 사례는 모든 밍크농장에 밍크와 농장 직원을 대상으로 코로나19 검사를 시행해, 변이 바이러스 추가 발병을 막도록 권고하는 추가 보고서를 발행했다. 네덜란드와 덴마크 모두 농장에서 사육하는 밍크 수백만 마리를 도살했으며, 네덜란드는 밍크 농장 산업 전체를 폐쇄했다.
2021년 5월, 콜로라도주립대학교 연구실에서 이루어진 일련의 새로운 실험은 Sars-CoV-2가 새로운 종에 감염되면서 변형되는 속도를 입증했다. 파거 박사 연구팀이 고양이와 개를 바이러스에 감염시키자 스파이크 단백질이 이미 다른 동물 3종에 전염될 때, 변형된 사실을 확인했다. 파거 박사가 자체적으로 흰발생쥐를 두고 비슷한 실험을 했을 때, 한, 두 차례 전염 과정에서 이미 스파이크 단백질이 변형된 사실을 확인했다. 파거 박사는 “바이러스에 감염된 모든 종이 단 몇 차례의 전염 과정과 함께 변이 바이러스를 보유했다. 코로나바이러스는 여러 종 간 전염이 심각할 정도로 잘 이루어진다. 과거, 중증급성호흡기증후군(SARS)과 중동호흡기증후군(MERS) 당시에도 실험 결과와 비슷한 상황을 겪었다. 게다가 지금 Sars-CoV-2 감염과 함께 같은 문제가 발생하고 있다”라고 설명했다. 만약, 바이러스 변형 문제가 야생에서 통제되지 않은 채로 발생한다면, 동물과 인간 모두에게 재앙과 같은 결과가 발생할 것이다.
이는 인간의 바이러스가 동물에 감염되면서 발생하는 위협을 완화할 필요가 있음을 나타낸다. 문제가 복잡해, 많은 과학자가 야생동물의 변이 바이러스 위험 관리에 각국 정부가 더 많은 자원을 투자하면서 정확한 전략이 필요한 상황에서 변이 바이러스 위험을 다른 시각으로 보아야 한다는 점에 만장일치로 동의한다. 미네소타대학교 전염병학자인 마이클 오스터홈(Michael Osterholm) 박사는 가축 동물과 애완동물의 코로나19 감염 사례 관측에 집중해야 한다고 주장한다. 모두 인간과 끊임없이 접촉해, 인간이 동물에 바이러스를 옮긴 뒤 동물이 또다시 인간에게 바이러스를 옮길 위험성이 훨씬 더 높기 때문이다.
오스터홈 박사는 “인간과 가까운 곳에서 끊임없이 접촉하는 동물을 가장 크게 우려한다. 접촉 가능성과 변이 바이러스가 등장해 인간에게 다시 옮길 위험성 모두 높기 때문이다”라고 설명했다.
미국에서는 다수 정부 기관이 이미 인간과 동물 간 변이 바이러스 전염 위험성을 없애려는 계획을 시행했다. 미국 농무부 산하 동식물검역소(APHIS)는 가축 동물과 야생동물 모두 감시한다. APHIS는 농장에서 사육하는 밍크 등 인간과 가까운 곳에 있는 여러 종을 면밀히 감시한다. APHIS의 밀접 감시 대상에는 여우다람쥐와 라쿤, 흰발생쥐, 흰꼬리사슴, 토끼 등이 포함되며, 일부 종은 이미 연구실 환경에서 같은 종끼리 바이러스 전염을 일으킬 수 있다는 사실이 드러났다.
코로나19 발병 초기부터 세계 각지의 여러 연구팀이 고양이와 개, 햄스터 등 애완동물을 조사해, 코로나19 확산의 만연함을 평가했다. 매사추세츠주 터프츠대학교 소속 바이러스학자인 케이틀린 사외츠키(Kaitlin Sawatzki) 박사는 애완동물의 코로나19 감염 문제를 연구한다. 사와츠키 박사는 “2020년 3월부터 총 2,455종의 동물 코로나19 감염 여부를 검사했다”라고 밝혔다.
사와츠키 박사가 진행한 애완동물의 코로나19 양성 진단률은 약 5%이다. 사와츠키 박사는 이 결과를 세계 어디에서나 찾아볼 수 있는 결과와 비교할 수 있다고 말한다. 그러나 애완동물의 코로나19 감염 검사가 중요하지만, 야생동물의 감염 연구가 문제가 되는 동물의 변이 바이러스 인간 감염 사례를 막기 위해 훨씬 더 중요하다고 생각한다. 그는 애완동물이나 가축은 코로나19에 감염되더라도 변이 바이러스 전염 진행 상황을 막는 것이 상대적으로 쉽다는 사실을 지적했다.
사와츠키 박사는 “애완동물이 바이러스 감염 원인이 되는 것은 크게 우려하지 않는다. 애완동물은 주로 집에만 있기 때문이다. 그보다 더 우려스러운 사항은 인간의 Sars-CoV-2가 야생동물에 전염돼, 여러 야생동물 종 사이에서 감염 사례가 계속 이어지면서 인간이 애완동물의 감염과 같은 방식으로 통제할 수 없는 수준이 될 수도 있다는 사실이다”라고 설명했다.
그 결과, 사와츠키 박사는 별도의 계획을 이끌면서 미국 전역에서 다친 동물을 보호하고 완치 후 야생으로 돌려보내는 야생동물 22종 보호 시설과 협력한다. 지금까지 야생동물 673마리를 관측해, 시설 직원이 야생동물의 코로나바이러스에 감염됐는지 확인했다. 사와츠키 박사는 “지금까지 검사한 동물 모두 음성 판정을 받았다. 만약, 단 한 건이라도 양성 판정이 이루어졌다면, 즉시 주와 연방 관료에게 보고할 것이다”라고 말했다.
코로나19 감염과 변이 바이러스를 인간에게 다시 옮길 위험성이 가장 높은 야생동물을 찾는 것은 사막에서 바늘을 찾는 격이라고 생각할 수 있다. 그러나 파거 박사와 사와츠키 교수 등 전문가에게 몇 가지 중요한 보조 수단과 함께 첨단 인공지능(AI) 툴이 이미 제공됐다. 2021년 초, 뉴욕 캐리 생태시스템 연구원(Cary Institute of Ecosystem Studies) 소속 질병 생태학자인 바바라 한(Barbara Han) 박사는 다른 동물 종 사이에서 Sars-CoV-2 보유와 전염이 이루어질 확률을 예측하는 컴퓨터 모델을 생성했다. 바이러스가 세포에 침투할 때 사용하는 수용기인 안지오텐신 전환 효소 2(ACE2)가 동물의 세계에서 발견되면, ACE2를 다른 종보다 더 강력하게 묶는다.
한 박사는 “숙주에 있어, 바이러스 감염 후 전염이 이루어지도록 하려면 바이러스가 세포에 침투하고 복제 과정을 거쳐야 한다. 그리고 모든 새로운 바이러스가 세포에서 나가야 한다. 그러나 이 모든 것은 ACE2의 구조에 의존하므로 강력한 연결이 이루어지지 않는다면 발생하지 않는다. ACE2는 종마다 다양하다. 따라서 각각의 종마다 ACE2의 모습에 따라 생성되리라 예측한 ACE2의 강력함 정도를 계산하는 컴퓨터 모델을 생성했다. 컴퓨터 모델을 통해 궁극적으로 인간에게 영향을 미칠 수 있는 감염 행위를 일으킬 수 있는지 예측할 수 있다”라고 설명했다.
한 박사 연구팀은 척추동물 299종 중, 특히 Sars-CoV-2 감염에 민감하며 전염될 수 있는 종의 수를 확인했다. 확인 결과, 밍크와 너구리, 나무두더지, 그리고 흰발생쥐와 붉은 여우 등 종종 인간과 상대적으로 접촉하는 종이 특히 민감한 종에 해당하는 것으로 나타났다. 한 박사는 미국지질조사국이 현재 Sars-CoV-2 민감도가 매우 높은 것으로 확인된 동물의 감시 계획과 표본 채취, 바이러스 검사 등을 시행 중이라고 말했다.
한 박사는 인간이 동물에 바이러스를 옮기는 것과 다른 동물 종에 바이러스 전염이 이루어지지 않도록 막는 데 AI가 더 중요해지리라 생각한다. 한 박사는 “컴퓨터 모델이 실제로 인간의 바이러스를 동물에 옮기는 위험 발생 직면을 다루는 데 도움을 준다는 측면에서 가치를 더한다. 향후 바이러스가 동물 사이에서 진화할 확률을 정확하게 예측하면서 세포의 분자 구조를 고려할 수 있을 것이다. 지금 당장은 이루어지지 않지만, 미래에는 가능한 일이다”라고 말했다.
** 위 기사는 와이어드UK(WIRED.co.uk)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)
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