제가 PGR을 눈팅하기 시작한 것이 10년은 넘은 것 같습니다. 눈팅하다가 2년 전쯤에 가입을 한 것 같고 가입하고도 계속 눈팅만 하다가 작년에 처음으로 댓글을 달았고 오늘 처음으로 자게에 글을 써봅니다. 정보가 되거나 감성을 자극하는 많은 글을 PGR에서 보아 와서 저도 제가 아는 것을 공유해 보고자 합니다.
--------------------------------------------------------------------------------
생물학을 연구하다 보면 “나는 멍청한데 세포는 어떻게 이렇게 똑똑한가?” 또는 “나는 꼴통인데 세포는 어찌 이리 합리적인가?” 감탄을 하게 됩니다. 이래서 꼴통에 멍청함에도 내가 인간으로 살아가는데 세포가 상당부분 기여를 하는구나 생각을 하게 됩니다. 제가 연구하는 전공부분은 생물학 중에서도 기주 또는 숙주-기생체 상호작용 (Host-Microbe Interaction)이라는 다소 특이한 분야를 하고 있는데 주로 “병원균은 어떻게 병원균이 되었는가?” 와 “병원균을 막기 위한 면역 시스템은 어떻게 구성되고 작용을 하는가?”, 그리고 “병원균은 어떻게 생물의 면역 시스템을 극복하고 새롭게 진화하는가?” “이에 대항해서 생물은 어떻게 또 자신을 변화시키는가?”하는 등입니다. 간단히 요약하면 “두 생물은 어떻게 치고받고 싸우는가?”를 관찰하고 인간이 보호해야 할 가치가 있는 생물은 어떻게 보존할까 고민하는 분야입니다.

바이러스는 어떻게 생존하는가?
코로나 바이러스의 유전체는 29,891개의 뉴클레오타이드의 + ssRNA로서 양쪽 끝에 고등생물의 RNA 보호 목적에서 가지는 구조인 5'-capping structure 및 3'-poly-A tail로 구성되어 있습니다. 이들은 총 8개의 단백질을 암호화하고 있고, 이중 하나인 Spike (S) 단백질의 S1 부분의 Receptor binding domain (RBD) 과 숙주 세포의 ACE2와 결합해 숙주 세포의 세포질 내로 들어가는데 역할을 합니다 (그림의 부착 부위). 세포 내로 들어온 바이러스는 자기 복제를 하기 위하여 pp1a와 pp1ab라는 단백질을 생산해 복제 관련 효소를 만들어내며, 비구조 단백질들은 이들과 복합체를 형성해 바이러스의 RNA를 복제한다. 세포에서 합성된 단백질은 소포체-골지 전달과정을 통해 복제된 RNA와 결합해 세포 밖으로 배출된다. 코로나 바이러스의 유전체에는 4가지의 바이러스 외피 단백질을 코딩하고 있는데, S 단백질은 숙주 세포의 수용체와 특이적인 결합을 하고, Nucleoprotein (N) 단백질은 RNA 게놈과 결합하여 nucleocapsid를 만들고, membrane (M) 단백질은 membrane과 capsid 사이를 이어주며, envelope (E) 단백질은 바이러스의 조립, 분출에 관여하며 외피 구성합니다. 코로나바이러스의 병원성은 바이러스가 품고 있는 단백질의 기능과 관련이 있다. 코로나바이러스의 NSP3가 숙주에 선천성 면역반응을 차단하거나, E 단백질이 바이러스의 조립 및 방출을 촉진하기 때문에 병원성에 있어서 중요한 역할을 합니다.
현재 개발되었거나 개발 중인 바이러스 치료제는 이와 같은 바이러스의 생활사중 어떤 한 단계를 공격함으로써 생활사를 완성하지 못하게 하는 약물들입니다 (약물에 관한 내용은 그림에 파란색으로 억제 표시). 그림 중에 바이러스의 복제와 관련된 약물들은 복제시 사람의 복제 관련 단백질을 사용하고 있기 때문에 약제를 투여하면 불가피하게 사람의 복제 시스템을 공격하여 부작용이 나타날 수 밖에 없습니다.
  

생물은 바이러스를 어떻게 방어하는가?
김우주 교수는 방송에서 코로나바이러스를 표현할 때 스텔스 폭격기 같다고 자주 이야기합니다. 이 말은 실은 김우주 교수가 처음하는 이야기는 아니고 약 30년 전쯤 병원성 세균을 연구하던 사람들이 시작한 이야기입니다. 이 말은 스텔스비행기처럼 기주체의 면역 시스템의 감시체계를 피해서 감염을 일으킨다고 생각을 해서입니다. 하지만 지난 30년의 연구 결과는 병원균은 면역을 피해 몰래 침입하는 존재가 아니라 기주 생물의 면역을 억제하고 침입하는 존재로 확인되었습니다.

생물의 면역은 다양하게 존재합니다. 첫째는 선천적( 또는 기본적) 면역이라고 하는 것인데 주로 이 면역은 분자 패턴을 인식하고 면역 반응을 일으키는 것입니다. 두 번째는 기억하는 면역으로, 우리가 잘 알고 있는 항체를 형성하여 감염되었던 병원균이 재 감염되면 이를 물리치는 후천적 면역입니다. 이번 코로나 바이러스-19와 같은 경우는 인체에 들어와 처음으로 마주친 면역은 선천적 면역 시스템입니다. 제가 제시하는 그림에서 면역반응에 보면 RNA 간섭(interferance)이라는 것이 있습니다. 오래 동안 생명체들이 바이러스를 방어하기 위해서 만들어 놓은 방어시스템입니다. 이 현상은 2007(?)년도에 노벨 생리학상을 받은 주제입니다. 이것은 세포내로 바이러스가 들어와 탈피를 하게 되면 바로 증식을 위하여 자신의 RNA를 기본으로 하여 상보적 가닥을 만들게 됩니다. 결과물인 이중나선 구조를 하는 상보적 가닥은 생물체에 존재하지 않는 것입니다. 이중나선 구조는 오직 DNA만 존재하고 RNA로는 존재하지 않는 것이어서 생체 세포는 이를 인지하고 이것을 제거하려고 RNA 간섭이라는 무기에 스위치를 올리게 됩니다. RNA 분해 효소중 하나인 Dicer라는 효소가 이중나선 RNA의 특정 부위를 절단하여 아주 작은 조각으로 절단을 하여 나오는 결과물을 바이러스 유래 siRNA(viral short interferace RNA)라고 합니다. 바이러스 유래 siRNA는 이제는 단일 가닥으로 존재하는 바이러스 RNA에 결합을 하여 부분적인 이중결합의 구조를 만들게 되면 또 이들을 RNA 분해 효소가 공격하여 분해하게 됩니다. 이 과정이 계속적으로 진행되면 세포내의 바이러스 RNA는 대부분 분해되어 없어지게 됩니다. 바이러스의 치료제로 가장 좋은 것은 RNA 간섭을 불활성화 시키면서 침투해 들어오는 바이러스에 대해 이 과정을 억제하는 약물을 개발하여 활성화시키는 것이 가장 부작용이 적은 것으로 보입니다. 하지만 현재는 이런 약물을 탐색하는 단계에 머물러 있습니다. 다른 방법은 직접 siRNA를 합성하여 세포에 투여하는 방식인데 이 방법은 세포내 안정성에 문제가 있어 안정성을 높이는 방법을 계속 개발하고 있습니다.      

코로나 바이러스의 대발생 원인은 무엇인가?
코로나 바이러스의 대발생에 깊은 의미가 있을 것이라고 가정하고 말하는 사람들이 나타나고 있습니다. 우리나라에서는 최재천 교수, 외국에서는 제인 구달이 지구환경을 파괴하고 각종 생명체를 무분별하게 착취하는 인류에 대한 경고이고 이는 환경 파괴를 멈추치 않으면 더 자주 이런 현상이 나타날 것이라고 경고를 하고 있습니다. 또 다른 집단은 신천지의 이만희 교주와 같은 사람들이 이야기하는 신의 심판이라고 하는 것입니다. 믿음이 있는 사람들이라면 일면 그럴 듯 해 보일 것 입니다. 환경 파괴를 멈추면 코로나 바이러스 같은 전염병이 변이를 멈출까요? 계속적으로 환경을 더 파괴하면 코로나 바이러스 같은 전염병이 더 많이 발생할까요? 이에 대해 답을 지금 할 수는 없습니다. 제가 알고 있는 것은 코로나 바이러스는 박쥐에서 유래하였고 변이된 코로나 바이러스-19는 인간을 감염시킬 수 있는 능력을 가지고 있다는 것입니다. 이 말은 우리가 모르는 이유로 박쥐와 코로나 바이러스간에 치명적인 군비경쟁(Arms Race, 이 말은 냉전시대의 미소 군비경쟁에서 유래한 것인데, 생물이 자기가 생존하기 위하여 모든 자원을 상대방의 면역시스템을 무력화시키는데 사용하거나, 반대로 침입해 들어오는 병원균의 무기를 인지하고 감시하는 시스템의 개발에 모든 자원을 사용하는 숙주에게도 이용하는 단어입니다)가 발생하였고 그에 따라 발생한 변이균에 인류는 유탄을 맞은 것입니다. 이것은 적어도 원인과 결과에서 환경 파괴와는 전혀 관련이 없습니다. 우리가 해야 할 일은 도대체 박쥐-코로나 바이러스 사이에 이런 치명적 변이를 일으키는 군비경쟁을 일으키는 원인이 무엇인지를 조사하는 것입니다. 또한 이 변이균이 인간 이외의 생물에서 어떻게 생존하는지 광범위하게 조사하여 다시 나타날 확률이 높은 대발생에 이들이 요인으로 작용되지 않도록 하는 것입니다.
또 언급하고 싶은 것은 미국과 중국이 생물무기를 만들다 실험실에서 실수로 유포되었다고 하는 “음모론”입니다. 이런 경우 인간이 인위적으로 바이러스의 염기 서열을 변경하여 변이를 만들었다면 많은 수의 바이러스 염기서열 결정과정에서 발견되었을 것입니다. 생물은 특정 아미노산을 코드화하기 위해 자신이 선호하는 방식이 있는데 이를 코돈 유세이지(codon usage)라고 합니다. 인간이 인위적으로 바이러스의 염기 서열을 바꾸었다면 부자연스러운 염기의 이용이 보여 확인할 수 있습니다. 현재의 코로나 바이러스는 인위적 변화가 없습니다.
우리나라 뿐만 아니라 세계 각 나라에서 병원에서 코로나 바이러스를 치료제 없이 치료하고 있습니다. 많은 사람들이 아까운 목숨을 잃고 있지만 대다수의 사람들은 자신의 면역력으로 바이러스를 이겨내고 완치자가 되었다고 보아야 합니다. 물론 의료진들의 노력과 현대화된 장비가  있어 이것이 더 많이 빨리 진행된 것이지요. 언제 다시 만연할지 모르는 바이러스를 대비하여 햇볓을 보고, 운동을 하고, 건강에 좋은 음식을 챙겨 먹으며 우리의 몸을 바이러스에 대항하기에 충분한 면역력을 획득하시기 바랍니다.