바이러스쓰나미 안광석서울대학교생명과학부
인류대재앙시나리오?
원생생물 인체에대한내 외부위협요소 암 곰팡이 바이러스
바이러스의특징 바이러스의무생물적특성 숙주세포도움없이는복제불가 세포로이루어지지않음 핵산을둘러싸고있는단백질외피덩어리 복제 안태인외, 인체생물학, 바이오사이언스출판, 2013 년, 279 면
바이러스와세균 (bacteria) 차이점 모든세균은해로울까? 감기에걸렸을때항생제를먹으면도움이될까? 스스로증식할수있을까? 바이러스 무생물비세포성세균보다작음숙주의존생식백신으로예방간염, 감기, 에이즈 공통 질병가능성핵산 (DNA/RNA) 기침, 접촉, 동물매개전파 세균 생물단세포분열생식항생제산업, 식품, 건강콜레라, 폐렴
바이러스의다양한모양 Molecular Biology of the Cell (2008)
바이러스의라이프스타일과생존전략 Hit and Run Hit and Hide Small RNA 바이러스예 ) 인풀루엔자바이러스 선천성면역회피 ( 인터페론억제 ) 숙주유전자전사방해 항원변이심함 > 대부분바이러스제거됨 Large DNA 바이러스예 ) 사이토메갈로바이러스 후천성면역회피 면역특권지역에서복제 분자적잠복기전 > 만성감염
감염은인류사에서제 1 의살인자 과거 페스트 : 7500 만명 ( 당시유럽인구의 1/3) 1918 스페인독감 : 5000 만명 콜레라 : 1600 만명 장티푸스 : 800 만명 천연두 : 50 만명.. 현재및가까운미래 MERS-CoV, 에볼라, SFTS virus( 중증열성혈소판감소증후군바이러스 ), 뎅기바이러스, 치쿤군야바이러스, Influenza, 웨스트나일바이러스, 결핵균.
균은총보다, 쇠보다강하다 아테네의황금시대종말 (BC 430) 아테네역병 : 병원균동정은안됨. 인구의 1/3 사망 로마제국을강타한생태계의공격 비잔틴과몽골제국의붕괴 14 세기, 검은왕쥐에의한페스트로 4200 만명사망 성안쪽으로시체를던져넣어적군을감염시킴 콜럼버스는신대륙에무엇을가져갔는가? 두창으로잉카인을비롯하여신대륙인구의 90% 사망 나폴레옹의러시아정벌실패 1812 년, 50 만명의대군이발진티푸스와이질로 3 만 5 천명만살아남음 Ney 장군 : 러시아군의총알보다는 General Famine, General Winter, General Typhus 이대군을정복하였다
지난 10 년동안새롭게혹은재출현한감염성질환 NIAID/NIH, 2005
출현 / 재출현감염성질환원인 인간이초래 미생물의적응과변화 감염에대한인간의감수성 노화, HIV, 정맥주사, 이식, 수혈 인구증가와밀집 도시화, 밀집화 여행과무역의세계화 열악한가축사육방법 항생제남용 ( 인간과가축 ) 생태계변화 ( 삼림황폐, 생물학적다양성손실 ) 지구기후변화
다른질환의경우오늘 1 명의환자가내일은 0 명, 혹은여전히 1 명이다. 감염성질환의경우오늘 1 명의환자는내일 10, 100, 1000 혹은 1,000,000 명일수도있다. 그러므로 1 명의환자에서유행성전염병으로번질수도있다. 감염성질환의연구는글로벌화때문에공중보건에매우중요하다 : 연구, 교육, 경제측면에서는위협이아닌새로운기회! 인수감염과바이오테러리즘
바이러스질환감염경로 Varicella-zoster 수두 구강 / 호흡기 Epstein-Barr virus 백혈구증가증세 ( 혈액암 ) 구강 / 호흡기 인풀루엔자 독감 구강 / 호흡기 Rhinovirus 감기 코점막 Measles virus 홍역 구강 / 호흡기 Mumps virus 볼거리 구강 / 호흡기 Variola virus 천연두 구강 / 호흡기 Rubella virus 풍진 ( 홍역 ) 구강 / 호흡기 Polio virus 소아마비 구강 헤르페스바이러스 수포 구강 Rotavirus 설사 구강 B형 /C형간염바이러스 간염, 간암 성접촉, 수혈 HIV AIDS 성접촉, 수혈 파필로마바이러스 자궁경부암 성접촉 광견병바이러스 광견병 감염동물에물릴때 SARS ( 사스 ) 중증급성호흡기질환 구강 / 호흡기 / 점막 황열병바이러스 황열병 모기 웨스트나일바이러스 뇌염 모기
인풀루엔자 (influenza) 독감유발 재채기한방울당 100,000 ~ 1,000,000 개 잠복기 : 18-72 시간 [ 참고 ] 조류독감 : 인풀루엔자변형 Cold ( 콜드 ) : 가벼운감기로써리노바이러스등 사스 : 코로나바이러스일종 바이러스입자전파
인풀루엔자명명법 HA - hemagglutinin NA - neuraminidase H 1 N 2 H 3 N 2 홍콩 북경
왜매년독감예방주사를맞나? 항원소변이 - 점돌연변이 - 약한전염성 ( 크로스 - 항체반응 ) 항원대변이 - 유전자재배열 - 광범위한전염성
종간의벽이허물어질때바이러스변종탄생 2009 년 H1N1 바이러스는돼지 + 조류 + 사람바이러스의혼합체인풀루엔자 A (H1N1)
능동면역과수동면역 예방접종 항원을주사 ( 능동면역 ): 항체생성에 1~2 개월소요 이미준비된항체주사 ( 수동면역 ): 단기여행자 항원변이 : 면역회피기술 HA 항원 인풀루엔자구조 NA 항원 100 80 60 40 20 0 태아 0-1 세 1-5 세 15-20 세 30-40 세 50-60 세 60- 연령에따른면역력변화 18
바늘공포증 (Needle phobia)
집단면역 (Herd Immunity) = 무면역건강 = 면역건강 = 무면역감염성 일부만면역 빠른전파 대부분면역 전파안됨? 왜나의예방접종이타인에게중요할까?
현대의흑사병, 에이즈! 1983 년 HIV 최초발견 (Luc Montagnier, 프랑스 ) 검증을위해바이러스샘플을미국 Gallo 에게보냄 이후특허권과독창성을놓고양측이분쟁 미테랑과레이건대통령이중재에나섬 1986, 발견성과를공유하기로합의 2008 년노벨생리의학상 : Montanier 수상 노벨상위원회 : there was no doubt as to who made the fundamental discoveries. Robert Gallo, co-discoverer of HIV (Wikipedia)?
HIV 는면역핵심인 T 임파구에감염하여면역체계를파괴한다
전세계적으로 45,000,000 명감염 질병관리본부, 2012
에이즈의빠른전파 아프리카원숭이로부터 60 여년전에인간에게옮겨온것으로추정. 파괴된환경, 사회와인간행동의변화가전염촉진 원숭이를애완용으로키움. 단백질공급원으로식용. 연구용등원숭이무역증가 급증하는인구부양을위해열대우림개간 낯선병균과의접촉증가 피하주사법개발 - 정맥주사용마약사용, 매혈, 매춘 만약공기전염병으로변화한다면일종의 < 에이즈독감 > : 인류재앙가능성
Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV, 중동호흡기증후군 )
MERS 란무엇인가? 코로나바이러스일종 ( 바이러스표면이왕관모습 ) 코로나바이러스는매우흔하며보통콜드나경미한상부기도감염. 그러나가끔 2003 년 SARS-CoV 처럼심각한질병을일으킴. 사스와유사하나분명히다름. 2012 년사우디아라비아에서처음동정 MERS virus - Image from CDC.gov
MERS-CoV: 어디서왔는가? 2012 년사우디에서발견 박쥐에서발견된코로나바이러스와유사 낙타가근원인지는불분명 인간 - 인간감염 실험실에서감염확인가능
MERS-CoV 전염 기침, 재채기로공기중으로전염 신체접촉 : 포옹, 악수 오염된물질접촉후눈, 코, 입으로전염 낙타와의접촉 낙타분비물, 멸균되지않은낙타우유, 치즈, 낙타고기
항공을통한메르스바이러스의전파 Lancet. 2015;385(9985):2349-50
전파방식 직접 ( 비말 ) 간접 ( 공기전파 ) Meningococcal meningitis Pertussis SARS Mumps Influenza Rubella MERS? Strep pharyngitis Tuberculosis Varicella (chickenpox) Measles Avian influenza Smallpox
직접전파 (droplet) 비말생성 재채기 > 기침 > 대화 ( 비말 >10 m) 약 40,000 개비말 / 기침혹은재채기 비말당바이러스입자수? 50 nm 감염력 바이러스농도 노출시간 50 m Influenza: 인간감염가능한최소량은약 3,000 바이러스입자 (Nikitin et al., 2014)? 비말
간접전파 (Airborne) 공기전파 무기물표면에서바이러스는수시간 ~ 수일동안감염성유지. 손에묻은바이러스는 5 분정도생존. 궁극적으로손과눈코입의접촉으로전염 수분이증발된비말 (< 5 m) 은상당한거리까지전파됨. 입자크기가작을수록폐심층부까지침투 증발
사스와메르스위험성비교 ( 기도에서수용체발현부위에따른바이러스전파력 ) 폐와신장에서 DPP4 수용체발현 전파빠름, 증상미약 DPP4 수용체 : MERS-CoV ( 섬모가없는상부기도 ) ACE2 수용체 : SARS-CoV ( 섬모가있는하부기도 ) 전파느림, 증상심함 ( 폐렴 ) Kindler et al., Mbio, 2013
사회경제적손실 사스 (SARS), 2003 년중화권경제적피해 약 45~55 조원 ( 당해연도만계상 ) 2014 년대한민국예산 ( 교육, 51 조원 ; 국방, 36 조원 ) 사회갈등심화 국가위상추락 메르스 (MERS)???
치료 현재백신없음 지지치료 (supportive care) 만가능 메르스바이러스중화항체발견 - 세포수용체방해 (Science Translational Medicine, 2014)
진화된질병들의등장 : 광우병 최고발레리노발런신사망원인 18 세기유럽에서양떼몰살 : 감염된양이미친듯이털을긁어댐 스크래피 ( 긁는병 ) 1954 년 : 감염된지수년후에발병하고, 바이러스라가정하여시구르드손이원인균에 <slow virus> 라명명 1950 년대가이듀섹 유사한증상의파푸아뉴기니포레족연구 장례식때시신의뇌를먹는습성발견 환자의뇌추출물을침팬지에게주사한결과 1 년후뇌의스펀지모양변성으로사망 노벨상수상 (1976)
진화된질병들의등장 : 광우병 1986 년영국의소들이광우병으로죽어가면서다시재조명 ( 양에서소로옮겨짐 ) 소사료에뇌를포함함내장첨가물이원인 1982 년스탠리프루시너 (1997 노벨상 ) 원인이바이러스가아니라프리온 (prion) 단백질 고온에도견딤 환자 정상
바이오테러리즘 특정인들에의한감염성물질살포 생물학적무기 생산용이, 대량살상, 탐지어려움, 빠른전파와도심파괴 탄저균선호 고대로마 : 변을적의얼굴에던짐 몽골군대 : 감염사체활용 14 세기, 선페스트이용
탄저균 : 공포의백색가루 호흡곤란, 쇼크 : 치사율 90% 배양쉬움, 비용저렴 1945: 이란 100 만마리양떼죽음 1979: 러시아에서탄저균노출로 79 명중 68 명사망 1993: 일본옴진리교에서탄저균살포 2001: 미국우편물탄저테러로 5 명사망 100 kg 탄저균살포되면 13 만 ~300 만명사망자발생가능. 수소폭탄보다위력적 무색, 무취, 살포용이
물리 화학적장벽 인체방어시스템 감염, 침투 기계적장벽 : 피부와점막 연동운동, 점액질분비구토, 눈물, 기침 선천성면역 면역성분라이소자임, 점막, 위산, 공생생물, 보체, 자연살해세포 염증반응 후천성면역 면역성분 항체, 사이토카인, T 임파구
인체와병원체의숨바꼭질게임 면역시스템탐지 병원체회피 포획 탈출 파괴 생존 진화
바이러스 : 스텔스의귀재 " 세포독성 T 세포 도움 T 세포 후천성면역 선천성면역 병원체감염 B 세포 ( 항체 ) 면역회피 만성감염
스텔스잠복전략 입술에물집왜생길까? 바이러스가활동하면면역시스템에탐지됨 헤르페스바이러스 신경세포에만성감염 (no MHC) 피로, 자외선등에의해재활성화 간염바이러스 간세포에만성감염 간경화, 간암유발
왜바이러스퇴치가어려운가? 중간매개자 ( 무증상 ) 세균과는달리항생제무용 바이러스감염가능성에개인차 ( 유전 ) 백신효능의개인차존재 면역감시작용회피 ( 예 ; 인풀루엔자 )
공존자로서의미생물 바이러스완전박멸불가능 미생물의관심은생존과생식임. 그들은악의가없음 ; 도덕적으로중립! 미생물들이진화적으로생존하고자노력하는것은인간과마찬가지임
천재가과학을이끄는시대는끝났다 생명과학분야위대한발견들 인간유전체분석과같이수천, 수만의과학기술자의 집단연구수행을요구. 소수의천재의출현을기다려서 비약할정도로단순하지않다.
Stay hungry, Stay foolish - 스티브잡스 -