21세기 들어 10여 년의 시간차를 두고 발생해 사람들을 공포로 몰아간 두 종의 바이러스가 있다. 하나가 중증급성호흡기증후군(이하 사스)를 일으키는 사스바이러스와 중동호흡기증후군(이하 메르스)를 일으키는 메르스바이러스였다. 이 두 바이러스는 상당히 많은 공통점이 있어서 많은 이들에게 비교 대상이 되고 있다. 물론 차이점도 있다. 가장 큰 차이는 치사율이다. 사스의 치사율은 9.4%이나, 메르스의 치사율은 36.1%로 메르스의 치사율이 4배나 높다. 하지만 공통점이 더 많다.
바이러스에 걸리지 않기 위해 마스크를 쓴 사람들
첫째, 감염 초기에는 발열, 기침, 오한 등 일반적인 감기 증상을 보이다가 폐렴이나 호흡부전증후군 등의 심각한 합병증을 일으킬 수도 있다는 것. 둘째, 전체 환자의 1/4 정도에게서 설사와 구토 같은 소화기 증상이 동반된다는 것. 셋째, 잠복기(사스는 2~10일(평균 4.6일), 메르스는 2~14일(평균 5.2일)) 중에는 타인에게 전염시키지 않는다는 것. 넷째, 동물로부터 유입된 질환(사스: 사향고양이, 메르스: 낙타, 박쥐)이지만 사람에게서 사람으로 전파도 가능하다는 것. 다섯째, 효과적인 예방 백신이나 치료제가 아직까지는 없다는 것. 여섯째, 전 연령에서 발병하기는 하지만 성인 환자가 대부분(사스 93%, 메르스 98%)이라는 것 등이다.
메르스가 '중동의 사스'라는 별명으로 불렸던 이유가 이 때문이다. 이 두 질병이 이토록 유사점이 많은 것은 이들이 원인이 유사하기 때문이다. 이 두 질병 모두 변종 코로나바이러스에 의해 발생된 질환이다. '지피지기(知彼知己)면 백전백승(百戰百勝)'이라는 말이 있듯이 이들 질병에 대한 본질을 파악하기 위해서는 먼저 이들에 대해 알 필요가 있다. 도대체 코로나바이러스란 어떤 존재이며, 어떻게 인류와 관계를 맺게 되었는가?
사스(SARS)의 등장
2003년 1월, 중국 광둥성 지역의 한 병원에 심한 기침과 고열 증상을 보이는 환자가 실려 왔다. 서른일곱 살의 새우장수라고 알려진 남자는 2002년 가을 경부터 이 근방에서 종종 나타나는 비전형폐렴(非典型肺炎)의 증상을 보였다. 의사들은 즉각 폐렴의 표준 치료법에 준해 환자에게 치료를 시도했지만, 그의 기침은 잦아들지 않았다. 그가 기침을 할 때마다 그의 폐를 가득 채우고 있던 정체불명의 바이러스가 공기 중으로 퍼져나갔고, 이들의 정체를 알지 못하던 의료인과 근처 환자들 130여 명의 호흡기 속으로 소리 없이 빨려 들어갔다. 신장병을 주로 진료하던 의사 류 잔룸 박사도 그중 하나였다.
이후 전 세계를 들썩이게 만들 신종 바이러스를 품고 있는 걸 알지 못했던 류 박사는 친척의 결혼식에 참석하기 위해 비행기를 타고 홍콩으로 갔고, 호텔에 위험한 바이러스를 풀어놓은 장본인이 되고 말았다. 세계 각국에서 홍콩을 방문했던 사람들은 호텔을 떠나 고향으로 돌아가면서 이 미지의 바이러스와 동행하게 되었고, 이는 바이러스의 확산을 가속화시켰다. 이 새로운 바이러스는 전 세계 37개국에서 8237명을 감염시켰고, 이 중 775명의 삶을 앗아가고는 2004년 1월 종적을 감추었다. 중증급성호흡기증후군(Severe Acute Respiratory Syndrome), 일명 사스(SARS)의 등장이었다.
현재진행형인 메르스(MERS)
2012년 6월, 사우디아라비아의 한 병원에서 정체 모를 폐렴에 시달리던 60세 남성이 숨졌다. 노인들의 경우, 면역계가 약화되어 폐렴이 악화되어 사망하는 일이 종종 있었기에 당시까지만 하더라도 이것이 커다란 위험의 전조라고 생각하는 사람은 많지 않았다. 하지만 정체불명의 폐렴 증상은 사람들의 예상을 뒤엎고 사우디 전역으로 확산되어 갔고, 요르단과 시리아 등 근처의 다른 나라들로 번져나갔다. 당시 중동 지역의 환자들 중에는 유난히 위독한 환자들이 많아서 이 정체 모를 폐렴의 사망률은 50% 가까이 치솟기도 했다.
그리고 2015년 5월, 중동 지역과 멀찌감치 떨어져 있어 안전지대라고 여겼던 우리나라에서도 미지의 폐렴 환자가 발생했다. 40여 일 동안 전국을 강타했던 정체불명의 폐렴은 186명을 고통 속에 빠트렸고, 이 중 38명의 목숨을 앗아간 뒤 자취를 감추었다. 하지만 아직 이 폐렴 바이러스의 그림자는 완전히 사라지지 않아서 2016년 2월 기준으로 전 세계 27개국에서 1625명의 환자를 발생시켰고, 이 중 586명이 사망함으로써 치사율 36.1%라는 높은 위험성을 가지며 여전히 인류에게 위협을 가하고 있다. 중동호흡기증후군(Middle East Respiratory Syndrome), 일명 메르스(MERS)는 아직 현재진행형이다.
바이러스의 정의와 특성
코로나바이러스의 정체를 밝히려면 먼저 바이러스라는 존재에 대한 개념 정립이 필요하다. 1879년 독일의 화학자 아돌프 마이어(Adolf E. Mayer, 1843~1942)는 담배 농사를 짓는 농민들로부터 담배에 생기는 이상한 질병을 조사해 달라는 부탁을 받았다. 조사에 착수한 마이어는 이 병이 담배 잎에 이상한 반점을 만들고, 결국 잎을 말라죽게 만든다고 하여 이를 '담배모자이크병(tabbaco mosaic disease)'라는 이름을 붙이고, 병든 담배의 잎에서 추출한 수액이 병을 전염시킬 수 있음을 찾아냈지만 구체적으로 수액 중에 어떤 성분이 병을 일으키는지 찾아내지는 못했다.
그로부터 13년 뒤인 1892년, 러시아의 식물학자 드미트리 이바노프스키(Dmitri I. Ivanovsky, 1864~1920)는 역시 담배모자이크병에 걸린 담배를 연구하던 중 병든 담배에서 추출한 수액을 세균여과기에 통과시켜 모든 세균들을 걸러낸 뒤에도 여전히 전염성을 가지고 있다는 사실을 발견하고, 이에 담배모자이크병의 원인은 세균이 아니라 액체 형태의 독성 물질일 것이라 추측하고 이에 바이러스(virus)라는 이름을 붙여주었다.
고대 라틴어로 바이러스란 '독'이라는 뜻이었다. 1898년 네덜란드의 미생물학자 마르티누스 베이예린크(Martinus W. Beijerinck, 1851~1931) 역시도 담배모자이크병에 걸린 개체의 수액에서 감염성 물질의 존재를 확인했다. 그는 한 발 더 나아가 이 존재가 살아 있는 세포에서만 증식될 수 있다는 사실을 밝혔다. 그는 이 미지의 존재에 '살아 있는 독성 물질(contagious living fluid)'라는 이름을 붙였다. 이 당시는 이미 루이 파스퇴르(Louis Pasteur, 1822~1895)와 로베르트 코흐(Robert H. Koch, 1843~1910)에 의해 '하나의 전염성 질병에는 그 원인이 되는 세균이 존재한다'는 '세균전염체설'이 확립되던 시기였다. 하지만 이들의 눈앞에 있는 결과가 보여주는 것은 세균이 아닌 다른 존재의 존재 증거였다. 세균보다 훨씬 더 작지만, 더 강력한 무언가가.
마르티누스 베이예린크
이처럼 이미 19세기 말엽에 바이러스에 대한 존재 가능성은 시사되고 있었지만, 바이러스의 존재가 확증된 것은 1930년대 들어서였다. 이유는 바이러스가 지나치게 작기 때문이다. 사람의 세포 크기는 평균 20~100마이크로미터(㎛) 정도이고, 세균은 이보다 작은 1~10마이크로미터 수준이다. 육안으로 구분할 수 있는 최소 크기는 사람마다 좀 다르긴 해도, 0.1밀리미터 정도 되기 때문에 육안으로는 세균을 볼 수 없지만, 광학현미경을 이용한다면 세균의 존재는 충분히 확인할 수 있다. 하지만 바이러스의 평균 크기는 이보다 훨씬 작은 10~300나노미터(㎚) 정도이기 때문에 최대 배율이 1000배에 불과한 광학현미경으로는 관측할 수가 없다. 그래서 바이러스의 존재는 이보다 배율이 훨씬 더 큰 전자현미경(최대 배율 100만 배)이 개발된 이후에야 가능해졌다.
바이러스는 생물과 무생물의 특징을 모두 갖춘 개체로, 기본적으로 단백질로 구성된 외피 안에 유전물질인 핵산(DNA 혹은 RNA)이 든 단순한 구조다. 단독으로는 생명 활동을 수행하지 못하나, 숙주가 되는 세포에 유입하면 숙주세포의 생명 활동 과정에 기생해 유전물질과 단백질 외피를 복제해 개체수를 증식시킨다. 바이러스의 생활사를 간단히 정리해 보면, 그림과 같다.
바이러스 복제의 순환 과정
전형적인 바이러스 복제의 순환 과정을 보여준다.
단백질 결정 형태로 존재하던 바이러스들이 숙주세포를 만나면 숙주세포의 세포막과 결합한 뒤, 내부로 유입된다. 숙주세포 안으로 들어간 바이러스는 먼저 이제껏 자신을 보호해준 단백질 외피를 벗어버리고 숙주세포의 유전물질 복제 기능과 단백질 생성 기능을 이용해 자신의 유전물질과 단백질 외피를 잔뜩 만들어낸 뒤, 이들을 다시 조립해 자신과 닮은 바이러스 세포들을 증식시킨다.
바이러스의 숫자가 포화 상태가 되면 이들은 숙주세포를 떠나 다른 숙주세포를 다시 감염시키면서 생명 활동을 이어나간다. 이처럼 바이러스의 기본 생활사가 숙주세포에 침투해 이들의 유전자 복제 기능과 단백질 생성 기능을 교란시킨 뒤 탈출하는 과정으로 구성되어 있기 때문에 이 과정에서 숙주세포의 유전 정보를 교란시키거나, 세포 용혈을 촉진시켜 여러 가지 다양한 질병의 원인이 되기도 한다.
바이러스는 대상 숙주가 동물인지 식물인지 미생물지에 따라 동물 바이러스, 식물 바이러스, 박테리오파지 등으로 나뉠 수 있으며, 유전물질의 중류에 따라 분류되기도 한다. 일반적으로 바이러스는 생물 분류 체계에 따라 목(order) 이름에는 바이러스 이름 뒤에 -virales를, 과(family) 이름에는 -viridae를, 아과(subfamily) 이름에는 -virunae를 속(genus)과 종(species) 등에는 virus를 붙여 명명한다. 예를 들자면, 코로나바이러스는 니도바이러스목(Nidovirales), 코로나바이러스과(Coronaviridae), 코로나바이러스아과(Coronavirinae)에 속하는 바이러스들을 의미하는 말이다.
섬뜩한 죽음의 왕관, 코로나바이러스
코로나바이러스는 1937년 호흡기 질환을 앓던 닭에서 처음 발견되었다. 당시 이 바이러스를 발견한 이는 이 바이러스의 외피 주변을 감싸고 많은 돌기들이 돌출되어 있는 모양이 꼭 왕관을 닮았다고 생각한 모양이다. 이 미지의 바이러스에 라틴어로 '왕관'이라는 뜻을 지닌 코로나(corona)를 따러 이름을 붙여준 것을 보면 말이다. 이후 비슷한 모양의 '관(冠)'을 쓴 것 같은 바이러스들이 닭과 칠면조 같은 가금류뿐 아니라 개, 소, 고양이, 쥐, 말 등 네발짐승에게도 차례로 발견되었으며, 사람에게서는 1960년대 감기 환자의 시료를 조사하던 중에 처음 등장했다.
메르스는 변종 코로나바이러스가 일으킨다.
1960년대 발견된 코로나바이러스는 표면 단백질이 돌출돼 있는 모습이 왕관처럼 보여 이런 이름이 붙었다. 주로 감기 같은 가벼운 질병을 일으키지만 최근 사스와 메르스의 원인 바이러스로 밝혀지면서 재조명되고 있다.
코로나바이러스가 속하는 니도바이러스목에 속하는 바이러스들은 기본적으로 척추동물의 세포를 숙주로 삼는 동물성 바이러스로 양성-극성 외가닥 RNA 바이러스((+)ssRNA)로, 바이러스 분류 과정에서 Ⅳ 그룹에 속하는 바이러스이다. 1971년에 제정된 바이러스 분류 기준인 볼티모어 분류에 따르면, 바이러스는 유전물질의 종류, 핵산 가닥의 개수, 복제 방식에 따라 모두 7개의 군으로 나뉘는데, 코로나바이러스는 그중에 네 번째 타입이 속하는 바이러스다.
일반적으로 모든 생명체는 유전물질로 DNA를 가지지만, 바이러스의 경우에는 유전물질이 DNA일 수도 있고 RNA일 수도 있으며, 이중가닥일 수도 있고 단일가닥일 수도 있다. 코로나바이러스는 유전물질로 RNA 단일가닥을 가지는데, 이때 RNA는 다시 극성에 따라 양성(+)과 음성(-)으로 나뉠 수 있다. 일반적으로 DNA가 RNA에 비해 안정적이기 때문에 변이가 적으며, 따라서 바이러스에 대한 안정적인 백신을 만들기가 상대적으로 더 용이하다. 예를 들자면 수천 년 동안 인류를 괴롭혀 왔던 천연두의 경우, 질병의 원인인 두창바이러스가 이중가닥 DNA 바이러스(그룹 I)에 속하기에 백신의 효력이 오래 지속될 수 있었고, 이로 인해 인류가 백신을 통해 퇴치한 최초의 바이러스가 되었다.
하지만 유전물질로 RNA를 가지는 경우는 이보다 조금 더 복잡하다. RNA 바이러스에 대해서도 백신을 제조하는 것은 가능하지만, RNA는 DNA에 비해 안정성이 떨어지고 변이가 심하게 일어나 백신의 효력이 오래 지속되지 못한다. 예를 들어 계절성 독감의 원인이 되는 인플루엔자 바이러스는 RNA 유전물질로 가지는 바이러스(그룹 V)여서 변이가 자주 일어나 매해 유행하는 바이러스의 유전자 구조가 조금씩 달라진다. 그래서 평생 1회만 접종하면 되는 천연두 백신과는 달리 독감 백신은 매해 다시 맞아야 하는 번거로움이 있다.
1디옥시리보오스(DNA)
2리보오스(RNA)
DNA가 RNA보다 안정적이고 변이가 적은 이유는 이들의 화학적 구조에 있다. DNA와 RNA는 모두 핵산의 일종으로 당과 염기, 인산으로 이루어져 있다. 이때 중심 구조인 당이 리보오스이면 RNA, 디옥시리보오스라면 DNA가 된다. 오각형의 당 구조를 이루는 5개의 탄소 중 2번 탄소에 결합한 분자가 수산화기(-OH)이면 리보오스이며, 2번 탄소에 수소(-H)가 결합하면 디옥시리보오스가 된다. 디옥시deoxy라는 단어 자체가 '산소(oxygen)가 빠진(de-)'이라는 뜻으로, 디옥시리보오스란 리보오스의 2번 탄소에 결합한 수산화기(-OH)에서 산소가 제거되고 수소만 남았다는 의미를 지닌다.
사실 이 차이는 우리가 생각하기에는 그다지 큰 차이가 아니지만, 화학적으로는 큰 의미를 가진다. 일반적으로 생명체들은 DNA 분자나 RNA 분자들을 여러 개 이어붙인 구조로 유전정보를 저장하는데, 이때 각각의 분자들은 3번 탄소의 수산화기(-OH)를 접점으로 하여 길게 이어진다. DNA의 경우 결합에 참여할 수 있는 수산화기가 3번 탄소에 1개밖에 없기 때문에 안정적인 결합이 이어질 수 있지만, RNA의 경우 수산화기가 3번뿐 아니라 2번에도 존재하기 때문에 결합 과정에서 오류가 일어날 확률이 높고, 이렇게 핵산 결합 과정의 오류가 누적되면 이는 개체의 돌연변이로 이어지게 된다.
일반적인 생명체들이 DNA를 유전물질로 삼는 이유가 이 때문이다. 유전물질을 구성하는 DNA의 개수가 워낙 많기 때문에(인간의 경우 약 30억 개의 DNA 분자가 유전물질을 이룬다), 이들은 복제 과정에서 발생할 수 있는 오류를 줄여 종의 특성을 보존하고자, 비교적 안정적인 DNA를 유전물질로 갖는 형태로 진화해 왔다. 일반적으로 돌연변이는 생존에 불리한 경우가 많기 때문이다. 하지만 바이러스 중에는 정확히 이 전략을 거꾸로 이용해 생존을 도모하는 종류도 있다. 숙주세포에 기생해야만 살 수 있는 바이러스의 경우에는 너무 안정적이면 오히려 생존에 방해가 될 수도 있다.
예를 들어, 적군이 늘 성문 쪽으로만 공격해 온다면 성을 지는 사람들은 모든 병력을 성문에만 집중 배치해서 이들이 성으로 들어오지 못하게 막을 수 있다. 하지만 적군이 어떨 때는 성문을 뚫고 들어오려 하지만, 다른 때는 성벽에 구멍을 뚫거나 성벽을 기어오르는 방법을 사용하기도 하고, 때로는 성벽 위로 날아서 직접 침투하는 방법 등 그때그때마다 다양한 전략을 사용한다면, 이를 완벽하게 막기는 매우 어려울 수밖에 없다. 어차피 바이러스는 자신에게 꼭 맞는 숙주세포 속으로 들어갈 수 없으면 생명 활동이 불가능하므로, 안정성보다는 숙주세포가 자신의 침입을 막지 못하게 하는 것이 생명 활동을 이어가는 데 더 중요하다. 그래서 바이러스 중 일부는 오히려 복제 과정에서 필연적으로 실수가 잦을 수밖에 없는 RNA를 유전물질로 선택해서 일부러 돌연변이를 많이 만들어내어 급박하게 변하는 숙주의 대응 전략을 우회하는 방법을 선택하는 것이다.
사스와 메르스를 일으키는 코로나바이러스도 역시 돌연변이가 잦은 RNA 바이러스다. 이는 다시 말해, 코로나바이러스 역시 변이도가 높을 수 있다는 뜻이다. 그나마 다행인 것은 유전물질 복제시 오류가 많이 일어날 뿐 아니라, 오류를 다시 확인하지도 않아 한 번 일어난 돌연변이가 자꾸 누적되는 인플루엔자 바이러스와는 달리 코로나바이러스는 복제 오류를 수정하는 시스템을 초보적이나마 가지고 있다는 것이다.
물론 이는 사람의 유전물질 복제과정에서 일어나는 오류 교정 시스템(Proof Reading)처럼 정교하지는 않지만, 그래도 오류를 줄이는 데 도움이 된다. 예를 들어 유전물질 복제 과정을 수없이 많은 수학 문제를 푸는 학생으로 바꿔 보자. 수십억 개의 수학 문제를 풀면서 자신의 답이 맞는지 틀리는지 전혀 다시 쳐다보지 않는 학생이 인플루엔자 바이러스라면, 문제를 다 푼 뒤에 되돌아가 아까 헷갈렸던 몇몇 문제를 골라 다시 검산해 보는 학생이 코로나바이러스다. 물론 사람의 세포는 문제 전체를 정답지와 비교하면서 꼼꼼하게 틀린 답을 골라내 고치는 '성실한' 학생에 비유할 수 있을 것이다.
사스와 메르스, 코로나바이러스의 무서운 변신
2003년, 중국에서 발생한 사스의 원인이 코로나바이러스로 밝혀졌을 때 의외로 생각하는 사람들이 많았다. 사실 코로나바이러스는 동물들에게 매우 흔한 바이러스로 소나 개가 각각 소 코로나바이러스(Bovine coronavirus)나 개 코로나바이러스(Canine coronavirus)에 감염되면 심한 설사를 하게 되고, 종종 어린 송아지나 강아지의 경우 탈수증으로 사망하는 경우는 있지만, 사람에게 감염되는 코로나바이러스들이 심각한 이상을 일으키는 경우는 거의 없었기 때문이다.
실제로 코로나바이러스는 일반적인 감기 증상을 일으키는 원인 중 15% 정도를 차지하지만, 코로나바이러스에 의한 감기는 증상 자체도 무겁지 않고 심각한 합병증으로 이환되는 경우도 드물다. 조류독감이나 신종플루를 일으키는 오소믹소바이러스처럼 전염력이 높은 것도 아니고, 에볼라바이러스처럼 치사율이 높은 것도 아니어서 별다른 관심을 두지 않았던 것이다. 이는 사스나 메르스의 원인이 코로나바이러스로 밝혀진 뒤에도 다른 바이러스성 질환에 비해 아는 것 자체가 적었던 이유가 애초에 이 바이러스에 별로 관심이 없었기 때문이기도 하다.
이런 현상에 대해 홍콩대 미생물학자인 재스퍼 챈(Jasper Fuk-Woo Chan)은 “코로나바이러스가 일으키는 질병에 대해 특별한 치료법이 없는 이유는 증세가 너무도 미미해 그동안 아무도 관심을 보이지 않았기 때문이다”라는 말로 정리한 바 있다. 그렇다면 오랫동안 존재감 없이 조용히 살던 코로나바이러스가 갑자기 사람들에게 심각한 증상을 일으키는 무서운 바이러스로 변모한 이유가 무엇일까?
비교적 얌전한 편이었던 코로나바이러스가 갑작스레 난폭해진 이유를 확실히는 알 수 없지만 과학자들이 가장 유력하게 생각하는 것은 인수공통질환으로 변모하며 생긴 돌연변이일 가능성이다. 일반적으로 세포에 기생하는 기생체인 바이러스의 생존 방식은 넓고 얕기보다는 깊고 좁은 편이다. 즉, 대부분의 바이러스는 다수의 숙주에 공통적으로 기생하기보다는 자신에게 가장 적합한 숙주만을 골라 집중적으로 기생하는 경향이 있다. 초소형 침습체인 바이러스의 입장에서는 다양한 숙주세포의 내부 시스템들을 모두 이용하기 적절할 만큼 충분한 양의 유전물질을 갖는 것이 어렵다. 따라서 대부분의 바이러스들은 종간 특이성이 있어서 특정 종에게만 감염된다.
예를 들어 소나 돼지 농장에서 집단 발병하는 구제역(Foot and mouth disease)의 경우, 피코르나비리대(Picornaviridae)속의 아프소바이러스(Aphthovirus)가 일으키는 질환이다. 이 아프소바이러스는 소나 돼지, 염소 등 우제류에 기생하는 바이러스로, 인간이 기르는 가축에게 발생하는 가축전염병 중에서는 전파 속도가 가장 빠른 바이러스일 뿐 아니라, 수포, 침, 분변 등의 체액뿐 아니라 사람, 차량, 물, 사료 등 구제역에 걸린 동물들과 접촉한 적이 있는 모든 존재를 매개체로 삼아 퍼져나가는 다방면의 전파력 또한 보유하고 있다. 하지만 그래도 바이러스들이 침투할 수 있는 것은 어디까지나 우제류 동물들뿐이다. 즉, 사람의 옷이나 신발 등에 묻어 다른 소와 돼지에게로 옮겨질 수는 있어도, 사람을 감염시키지는 못한다는 것이다. 이런 것이 바이러스성 질병의 전형적인 특성이다. 감염 대상 숙주에게는 매우 신속하게 침투할 수 있지만, 나머지 대상은 숙주로 삼지 않는 것 말이다.
바이러스에 걸리지 않기 위해 마스크를 쓴 사람들
바이러스뿐 아니라, 다른 미생물 역시도 마찬가지여서 의외로 사람과 동물이 모두 감염되는 인수공통감염병의 수는 전체 질환의 종류에 비해 많지 않은 편이다. 우리나라의 경우, 보건복지부 고시 제2010-125호 「지정 감염병 등의 종류」(2013)에서는 인수공통감염병을 '동물과 사람 간에 서로 전파되는 병원체에 의하여 발생되는 감염병 중 보건복지부장관이 고시하는 감염병'으로 정의하고, 장출혈성 대장균 감염증(enterohemorrhagic E. colibacillosis), 일본뇌염, 브루셀라증(brucellosis), 탄저, 광견병, 조류인플루엔자 인체감염증, 중증급성호흡기증후군(SARS), 변종 크로이츠펠트-야콥병(variant Creutzfeld-Jakob disease), 큐열(Q-fever), 결핵 등 모두 10가지만을 고시하고 있을 뿐이다.
이처럼 일반적으로 하나의 기생체는 특정 숙주에 특화되어 존재한다. 하지만 이런 구도는 영원히 지속되지는 않는다. 특히나 감염된 숙주들이 다른 종들과 접촉이 빈번한 경우에 종종 바이러스는 자신의 숙주를 떠나 새로운 영역을 개척하기도 한다. 물론 바이러스가 처음부터 새로운 터전을 만들기 위해 원래의 안전하고 편안한 숙주를 떠난 것은 아닐 것이다. 바이러스의 속성상 숙주세포에서 충분히 증식하여 숫자를 불린 바이러스들은 이제 새로운 숙주를 향해 길을 떠나게 된다. 아직 다른 바이러스에 의해 침탈당하지 않은 건강한 숙주세포를 만나면 다행이지만, 그렇지 못하면 오랜 인고의 세월을 겪어야 하며 이 과정에서 단백질과 핵산 부스러기인 상태 그대로 파괴되어 버릴 수도 있다. 혹은 요행히 커다란 세포를 만나 파고 들어갔는데, 종종 익숙한 숙주세포가 아니라 전혀 다른 종의 새로운 세포들일 수도 있다.
이런 경우, 대부분의 바이러스는 소멸되어 버리지만, 드물게도 빠른 돌연변이 생성 능력을 바탕으로 새로운 세포들에 재빠르게 적응하여 숙주의 범위를 넓히는 쾌거를 이룩하는 바이러스들도 생겨날 수 있다. 이제 이전과는 같되 같지 않은 '변종 바이러스'로 재탄생된 바이러스는 새로운 숙주 내에서 잠시 동안 신세계를 맛보게 된다. 숙주의 면역계가 난생 처음 보는 변종 바이러스들을 제대로 파악하지 못해 혼란 상태에 빠져 있는 동안, 바이러스들은 새로운 숙주의 자원을 맘껏 침탈하며 무서운 속도로 증식하는 것이 가능하기 때문이다.
제러드 다이아몬드는 『총 균 쇠』를 통해 인류 역사 발전의 원동력 중의 하나로 '균(菌)'으로 통칭되는 감염성 생명체들의 존재를 꼽았으며, 이들이 인류 집단에 유입되는 계기를 야생동물의 가축화로 보고 있다. 야생동물을 길들여 가축화시키는 과정에서 이전에는 드물게 접했던 동물들과 잦은 접촉을 가지고 되고, 이 과정에서 대상 동물에게만 특정하게 기생하던 바이러스나 기타 미생물들이 인간에게도 감염 가능한 변종을 탄생시키고, 변종에 의한 감염병의 대유행이 인류의 역사 변동에 중요한 변수로 작용했다는 것이다.
실제로 인류 역사에서 많은 희생자를 발생시켰던 질병들 중 대다수는 동물로부터 유래된 변종 바이러스인 경우가 많았다. 과학자들은 천연두와 홍역을 일으키는 바이러스는 소에게서 인간으로 넘어온 것이고, 인플루엔자 바이러스는 돼지로부터 유래되었을 가능성이 높다고 추측하고 있다. 스스로를 '바이러스 사냥꾼'이라고 칭하는 미생물학자 네이선 울프는 제러드 다이아몬드와 함께 동물의 바이러스가 사람으로 전이되면서 질병의 범유행, 즉 판데믹(pandemic)을 일으키는 과정을 5단계에 걸쳐 제시한 바 있다.
1단계는 병원체가 원래의 숙주였던 동물의 몸속에서만 머무는 상태다. 이 상태로 계속 유지될 수도 있지만, 숙주동물과 사람과의 사이에 직접 접촉이 일어나는 경우 이 병원체가 인간의 몸속에 드물게 전달되어 산발적인 질병이 발생하기도 한다. 이것이 2단계로 아직까지는 동물과의 직접 접촉을 통해 전달될 뿐 사람들 사이의 2차 감염은 일어나지 않는다. 3단계는 동물과의 직접 접촉이 여전히 주요 감염 경로이지만, 1차 감염자가 주변 사람들을 감염시키는 2차 감염이 일시적으로 가능해진 경우다. 여기서 더 나아가 4단계가 되면 병원체가 인간에게 좀더 익숙해지면서 사람에게서 사람으로의 2차 감염이 더 주된 전파 경로가 되며, 5단계로 넘어가면 이제 병원체는 사람에 특화되어서 동물과의 연결고리는 끊어지고 사람에게서 사람으로 2차 감염자가 다시 주변 사람을 감염시키는 3차 감염이 일어나며 전염 경로는 걷잡을 수 없이 커지게 된다. 특히나 이렇게 동물에게서 인간으로 넘어와 안착된 초기 상태에는 인구 집단의 대부분이 이 병원체에 대해서 대항할 수 있는 면역력이 없는 상태라, 순식간에 수많은 사람들이 집단 감염되는 판데믹 현상이 일어날 가능성이 높아진다.
동물에게서 사람으로 감염체가 이동해서 판데믹을 일으키는 단계도
사스와 메르스는 기존 숙주 동물로부터 1차 감염된 환자들이 일시적으로 주변의 환자들을 감염시키는 3단계 발병에 가까웠으며, 몇몇 슈퍼 전파자들을 제외하고는 2차 전파자들 발생률이 1명 남짓에 그쳤기 때문에 판데믹까지 넘어가지는 않고 조기에 진화가 가능했다. 하지만 이들이 한 번 인간의 몸으로 유입된 이상, 지속적인 변이를 거쳐서 사람에게서 사람으로 3차 감염이 가능한 새로운 변종이 나타날 가능성도 여전히 배제할 수 없다.
이처럼 질병의 판데믹은 동물에게서 사람으로 건너와 적응에 처음 성공한 경우에 주로 나타나게 된다. 사스와 메르스 역시 이들의 원인 바이러스가 동물들에게서 흔히 감염되는 종류라는 사실이 흥미롭다. 실제로 사스바이러스는 사향고양이에게서, 메르스바이러스는 낙타와 박쥐로부터 인간으로 넘어왔다고 추정되고 있다. 이렇게 종과 종을 넘어가는 사이에서 새로운 숙주에 적응한 변종이 출현하고, 이 새로운 변종은 기존 바이러스의 무해성 여부와는 상관없이 난생 처음 바이러스를 맞닥뜨린 신입 숙주 입장에서는 다루기 어려운 침입자임은 분명하다.
메르스 바이러스가 흔히 감염될 수 있는 낙타
인간이 오래도록 코로나바이러스들과 공존하면서 이들을 적절하게 다룰 수 있는 면역력을 획득한 것과는 달리, 동물에게서 인간으로 전이된 변종 코로나바이러스는 인간의 면역계에겐 낯설고 위험한 존재일 수밖에 없다. 이것은 사스와 메르스로 인해 사망한 환자들 중에는 이 바이러스 자체가 일으키는 합병증인 폐렴이나 폐섬유화 등이 원인이 된 경우도 있었지만, '사이토카인 폭풍(cytokine storm)'이라 하여 면역계의 지나친 발동 자체가 원인이 된 경우도 적지 않기 때문이다.
사이토카인이란 원래 면역 기능을 담당하는 백혈구들이 면역계 작용을 위해 분비하는 생리활성물질로, 백혈구들은 외부 병원체가 들어오면 다양한 사이토카인들을 분비해 면역 능력을 조절하고 다양한 면역 물질들을 풀어내곤 한다. 사이토카인 중에는 인터루킨(interleukin), 인터페론(interferon), 림포톡신(lymphotoxin), 종양괴사인사(Tumor mecrosis factor, TNF) 등이 있는데, 이들은 적으로 간주되는 외부 침입자를 직접 파괴하는 작용을 하기도 하고, 자연살해세포(natural killer cell)나 대식세포들을 자극해 이들이 침입자들을 없애버리도록 자극하는 역할도 한다.
즉, 사이토카인은 병원체가 우리 몸에 침투한 초기에 여러 종류의 면역세포들을 활성화시키고, 혈액 속의 다양한 생리물질들을 활성화시켜 전투태세를 갖추게 하는 물질인 셈이다. 그런데 가끔씩 병원체에 감염된 초기에 사이토카인들이 꼭 필요한 만큼이 아니라 넘치도록 발생하는 경우가 일어난다. 마치 창문 너머로 생일케이크의 촛불을 얼핏 보고는 큰 불이 났다고 생각해 살수차를 동원해 엄청난 양의 물을 쏟아 부어 케이크를 망가뜨리고, 나아가 축하를 하기 위해 모여 앉은 사람들을 모두 익사시키는 것과 마찬가지인 셈이다. 그래서 의학계에서는 이 과다한 면역계의 반응에 대해 사이토카인 폭풍이란 이름을 붙여주었다.
사스와 메르스는 주로 호흡기를 침범하는데, 이때 사이토카인 현상이 나타나게 되면 바이러스뿐 아니라, 폐를 구성하는 폐포들과 혈관들까지도 한꺼번에 공격해서 여기서 쏟아져 나온 피와 체액이 폐를 가득 채워 오히려 호흡부전에 빠뜨리게 된다. 사이토카인 폭풍 현상은 면역계의 과다발현의 결과이기 때문에, 면역계가 아직 덜 발달한 아이들이나 면역계가 쇠퇴한 노인층에서는 거의 발생하지 않고, 면역력이 활발하고 왕성한 15~45세 사이의 청장년층 사이에서 주로 나타난다. 특히나 사이토카인 폭풍 현상은 감염된 병원체가 매우 낯설거나 처음 접하는 경우 더 빈번하게 나타난다. 아무래도 면역계가 신종 침입자에 대한 정보의 부족으로 인해 오판하거나 과잉 대응하는 현상이 나타날 가능성이 높기 때문이다.
20세기 발병한 몇몇 신종 질환을 살펴보면 멀게는 1918년에 있었던 스페인 독감에서부터 시작해 사스와 메르스에 의한 사망자들 중에도 사이토카인 폭풍 현상의 피해자가 적지 않았던 것으로 알려지고 있다. 이를 증명하는 것이 나이대별 사망률이다. 일반적인 집단 감염병의 경우, 노인과 유소아가 최대 피해자가 되는 경우가 많은데, 앞서 이야기한 변종 바이러스에 의한 신종 전염병들은 오히려 65세 이상 노년층보다는 그 이하의 젊은 세대의 사망률이 더 높았으며, 사스와 메르스의 경우에는 9세 이하 유소아의 사망률은 극히 적었다.
바이러스와의 공존을 위하여
오랜 세월, 그저 있는 듯 없는 듯 지내왔던 코로나바이러스마저 지난 10여 년간 변종의 출현으로 인류에게 새로운 위협이 되고 있다. 그나마 천만다행한 것은 코로나바이러스 자체가 애초에 감염력이 크지 않았던 개체여서 그런지 이들의 변종 바이러스가 일으킨 사스와 메르스의 경우에는 몇몇 수퍼전파자들을 제외하고는 평균 감염수가 1을 크게 웃돌지 않아 스페인독감이나 신종 인플루엔자A의 범유행처럼 판데믹 수준까지는 가지 않은 채 진화되었다. 하지만 바이러스와 인간, 기생체와 숙주와의 관계는 단발성이 아니라 지속성이고 한쪽이 공격하면 다른 한쪽이 이를 막기 위한 방어 전략을 구축하는 형태가 되풀이되면서 그 과정에서 크든 작든 뼈아픈 희생이 따르는 충돌들이 생겨나게 된다.
우리에게 중요한 것은 바이러스와 인간의 면역체가 서로에게 익숙해지면서 큰 충돌 없이 공존할 수 있게 되거나, 혹은 인류가 자신들의 손으로 이 바이러스들을 몽땅 퇴치하게 되기까지 발생할 수 있는 희생들을 최소한으로 줄이는 것이다. 더 많은 사람들이 양질의 의료 혜택을 받을 수 있도록 하고, 감염병 발생시 신속한 신고와 대응 시스템이 구축되어야 하며, 개인위생을 철저히 하고(대부분의 코로나바이러스는 재채기할 때 튕겨져 나오는 비말에 의해 전염된다) 다양한 동물들의 인위적 접촉 고리를 끊고각주1) , 사냥 등 야생동물과 직접 접하는 행위를 자제하는 것만으로도 변종 바이러스들이 인간을 향해 탐욕스러운 손길을 넘실대는 곳에서 한 발짝 멀어질 수 있게 될 것이다. 낯선 존재들과의 접촉은 가능한 조심스럽고 신중하게 진행되는 것이 좋다는 걸 우리는 오랜 시행착오를 거쳐 깨닫지 않았는가. . .
