코로나 바이러스 구조 및 감염 경로

코로나 바이러스 (SARS-CoV-2, Corona Virus)가 어떤 바이러스인지 구조 및 감염 경로에 대하여 알아보는 시간을 가져보려 합니다.

코로나 바이러스 및 COVID-19

코로나 바이러스의 공식 명칭은 SARS-CoV-2, SARS-CoV-2 바이러스에 의해 발생하는 호흡기 질환 및 감영병을 COVID-19 (Coronavirus disease-2019, 코로나바이러스 감염증-19)라고 명명한다.

코로나 바이러스 구조 및 감염 경로

코로나 바이러스는 일반적으로 사람과 동물의 호흡기에 감염되고 강한 전염성을 동반하는 바이러스이다. 증식 및 복제를 위한 유전 물질인 RNA 유전자와 외피 단백질로 구성되어 있고 외피 단백질 표면의 돌기 단백질 (Spike 단백질)의 변이 및 형태에 따라 그 전염성 정도에 차이가 있다. 

즉, 코로나 바이러스는 하나의 종류만 있는 것이 아닌 외피 단백질 중 특히, 돌기 단백질의 구조에 따라 여러 가지 형태로 존재하고 전염성의 정도도 결정된다고 할 수 있다. 

코로나 바이러스는 외피에 존재하는 돌기 단백질, 즉, 스파이크 단백질의 형태에 따라 과거 유행했던 호흡기 질환인 사스, 메르스를 일으킨 원인 바이러스 이기도 하다. 

반면에 세 바이러스의 기원 및 핵심 유전자는 동일하기 때문에 코로나 바이러스로 간주하는 것이다. 이번에 대유행을 한 코로나 바이러스는 그 구조나 형태가 과거 유행했던 SARS 바이러스의 스파이크 단백질과 유사하고 인간 세포의 동일한 수용체에 결합하기 때문에 SARS-CoV2라고 이름이 붙여졌다고 할 수 있다.
 
또한 이런 코로나 바이러스의 스파이크 단백질은 인간 세포의 특정 수용체 단백질에 결합한 후 상호작용을 통해 세포 내로 침투를 하게 되는데 이런 바이러스의 세포 내 침투를 우리는 감염이라고 표현하고 있다.

종합하면 코로나 바이러스의 세포 내 침투 및 감염 기전은 아래와 같다. 
 

코로나 바이러스 감염 기전

1) 코로나 바이러스의 스파이크 단백질과 인간 세포의 수용체의 결합 (감염)

2) 숙주세포에 존재하는 단백질 가위 (호흡기 세포막에 존재하는 TMPRSS2)가 스파이크 단백질의 일부를 자름

3) 바이러스의 세포 내 침투
 
COVID-19와 SARS를 일으킨 바이러스는 ACE2라고 하는 동일한 인간 세포 수용체 단백질에 결합을 하지만 COVID-19가 SARS 대비 ACE2 수용체와 더 강하게 결합하고 코로나 바이러스의 스파이크 단백질이 더 쉽게 잘리도록 변형되어 있는 것이 특징이고 이것이 빠른 전염, 대규모 확산의 원인이 되었다는 학계의 의견도 있다.
 
또한, 이를 바이러스의 감염이 호흡기 질환을 일으키는 주요 원인은 코로나 바이러스가 타깃으로 하는 ACE2와 같은 수용체 단백질이 인간의 호흡계 세포에 많이 존재하기 때문이다.
 
이렇게 코로나 바이러스는 인간 세포에 좀 더 잘 침투하여 증식할 수 있는 형태로 스스로를 진화시키고 있고 사스나 메르스 등은 그동안은 비교적 빠르게 통제가 가능했던 반면에 이번 COVID-19는 일반적인 통제 수준으로 방역이 되지 않을 만큼 코로나 바이러스가 진화한 결과라고 생각된다.
 
또한 바이러스는 앞 포스팅에서 말씀드린 바와 같이 감염 그 자체가 문제 되는 것이 아니고 세포 내 침투 후 증식하는 과정에서 숙주세포에서 방출되면서 분비되는 독성 물질과 우리 몸이 바이러스에 대항하는 면역방어기제로 분비되는 다양한 면역유도 물질이 염증인자로 작용하여 전신 장기 손상을 유발하게 된다.
 
바이러스의 증식이 빠르다면 그만큼 분비되는 독성물질도 많아지게 되어 전신 및 장기에 손상을 주게 되는 것이 우리가 바이러스를 통제해야 하는 중요한 이유라고 할 수 있다.
 

바이러스 감염 시 면역반응 

지금까지 코로나 바이러스의 구조 및 감염 경로에 대해 알아보았다. 바이러스 감염 시 인체의 방어기제인 면역반응으로 인해 면역 유도물질이 분비된다고 언급하였는 데 그러한 면역반응에는 어떠한 것들이 있는지 대표적인 두 가지 반응에 대해 알아 보겠습니다. 
 
먼저 우리 몸에 바이러스가 침투하게 되면 항원제시 세포라고 하는 면역세포가 바이러스를 잡아먹고 일부 단백질을 표면에 제시를 해준다 이를 또 다른 면역 세포인 Helper T 세포가 인지하고 Helper T 세포는 다시 두 가지 면역 세포를 자극하여 바이러스에 대항하게 한다.

1) Cytotoxic T cell (세포독성 T 세포) --> 바이러스를 직접 공격
2) B cell (B세포)->항체를 생성하여 바이러스를 무력화
3) 위 두 가지 면역 반응은 기억 세포로 남게 되어 면역력을 제공하고 차후 바이러스 재침입 시 빠르게 반응하여 바이러스를 제거하는 것이 가능합니다.
 
이러한 인체의 면역기능을 이용하여 우리는 코로나 바이러스에 대응하는 의약품을 만들기 위해 노력 중이고 대표적으로는 예방 의약품으로써 면역체계의 기억능력을 이용하는 것이 백신인 것이다. 치료제로는 항체를 모방하여 인공적으로 제조하고 투여해서 바이러스를 무력화하려는 의약품이 개발 중이다. 
 
부연하면 위에서 설명드린 면역반응은 적당한 수준으로 자극되어 활성화될 시 인체에 큰 무리 없이 바이러스를 제거하고 질병에서 치유될 수 있지만 바이러스가 매우 빠르게 증식한다면 면역반응을 과도하게 유도하게 되고 그 과정에서 면역세포를 활성화시키기 위한 물질 역시 과도하게 분비되어 전신 염증 및 장기 손상을 유발할 수 있음을 명심하여야 한다. (의학적으로는 싸이토카인 폭풍, Cytokine Storm이라고 부르고 있다.)
 
면역 반응은 우리 몸에서 병원체를 제거하는 아주 중요하고 효과적인 수단이지만 과도할 시에는 반대로 심각한 부작용을 초래한 양날의 검이라 할 수 있다.
 
즉 적절히 잘 조절이 되어야 한다는 의미로서 코로나 감염의 증상으로 언급되는 발열, 통증, 기침 등은 바이러스의 빠른 증식 및 이로 인한 과도한 면역 반응의 활성화로 인한 증상을 포함하고 있는 것이다.