[과학] 코로나 바이러스 발생의문 - 박쥐가 치명적인 이유

박쥐의 치명적인 면역 체계는 바이러스를 더 높은 독성으로 유도하여 인간에게 더 치명적이라는 이유가 미국 캘리포니아대학 버클리 연구진에 의해 밝혀졌습니다.

 

 

최근 몇년간 발생한 최악의 바이러스 질병들 중 일부가 사스(SARS), 메르스(MERS), 에볼라(Ebola), 마버그(Marburg) 등이며 새롭게 발견된 코로나 바이러스(2019-nCoV)가 박쥐에서 비롯된 것은 우연이 아닙니다.

 

버클리소재 캘리포니아 대학의 새로운 연구에 따르면 박쥐가 바이러스에 강한 면역 반응을 보이면 바이러스가 더 빨리 복제되어 인간과 같은 평균 면역 체계를 가진 포유 동물에게 뛰어들 때 치명적인 대재앙을 일으킬 수 있다는 것을 발견했습니다.

 

인간 감염의 근원으로 알려진 것들을 포함한 몇몇 박쥐들은 바이러스에 대한 방어 수단을 끊임없이 갖추고 있는 면역 체계를 운영하고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이 박쥐들의 바이러스 감염은 바이러스를 세포 밖으로 차단하는 신속한 반응으로 이어집니다. 이렇게하면 박쥐들이 높은 바이러스 부하에 감염되는 것을 막을 수는 있지만, 이것은 이 바이러스들이 방어 기능을 장착하기 전에 숙주 안에서 더 빨리 번식할 수 있습니다.

 

이로 인해 박쥐는 빠르게 번식하고 전염성이 높은 바이러스의 특별한 저장소가됩니다. 박쥐는 이와 같은 바이러스를 견딜 수 있지만, 박쥐 바이러스가 빠른 반응 면역 체계가 없는 동물로 이동하면 이 바이러스들은 새로운 숙주를 빠르게 압도하고 높은 치사율로 이어집니다. 

 

UC Berkeley의 박사 후 밀러 연구원이자 첫 번째 저자 인 Cara Brook은 “일부 박쥐는 이러한 강력한 항 바이러스 반응을 유발할 수 있지만 항 염증 반응과 균형을 맞출 수있다”라고 말했습니다. "우리의 면역계는 이와 동일한 항 바이러스 전략을 시도 할 경우 광범위한 염증을 일으킬 것입니다. 그러나 박쥐는 면역 병리학의 위협을 피하기에 매우 적합한 것으로 보입니다."

 

연구원들은 박쥐의 서식지를 파괴하는 것은 동물들에게 스트레스를 주고 다른 동물들을 감염시킬 수 있는 침, 소변, 배설물에 더 많은 바이러스를 흘리게 하는 것으로 나타났습니다.

 

현재 마다가스카르, 방글라데시, 가나, 호주에서 진행 중인 미 국방 첨단 연구프로젝트 기관(DARPA)의 박쥐 감시 프로그램을 연구하고 있는 브룩 박사는 "박쥐에 대한 환경 위협이 심화되면 동물 병의 위협을 가중시킬 수 있다"고 말했습니다. Bat One Health 프로젝트는 박쥐 서식지의 감소와 박쥐 바이러스의 확산 사이의 관계를 탐구하고 있습니다.

 

질병 생물 학자이자 UC 버클리 통합 생물학 교수 인 Mike Boots는 “결론은 박쥐들은 바이러스의 숙주가 되는데 잠재적으로 특별하다" 라고 말했습니다. "이러한 바이러스가 박쥐에서 나온다는 것은 무작위가 아닙니다. 박쥐는 우리와 밀접한 관계가 없기 때문에  우리는 박쥐가 많은 바이러스를 보유할 것으로 예상하지는 않습니다. 그러나 이 연구는 박쥐 면역 체계가 어떻게 이를 극복하는 바이러스를  유발할 수 있는지를 보여줍니다. 

 

Brook, Boots 및 동료들의 새로운 연구는 2020년 2월 eLife 저널에 발표되었습니다.

 

부츠와 UC 버클리의 동료 웨인 게츠 (Wayne Getz)는 지난주 EcoHealth 저널에 발간 된 논문의 23 명의 중국과 미국 공동 저자 중 한 명으로, 질병 생태학과 신종 감염에 초점을 맞춘  미국과 중국 과학자들 사이의 협력 강화를 주장하고 있습니다.

 

격렬한 비행은 수명을 연장시키고 바이러스에 대한 내성을 갖게 합니다.

 

유일하게 날아다니는 포유류인 박쥐는 유사한 크기의 설치류가 달릴 때 두배 수준으로 비행 중 대사 속도를  높입니다.

 

일반적으로, 활발한 신체 활동 및 높은 대사율은 반응성 분자, 주로 활성 산소의 축적으로 인해 조직 손상을 더 많이 초래합니다. 그러나 비행을 가능하게하기 위해 박쥐는 이러한 파괴적인 분자를 효율적으로 제거하기 위한 생리학적 메커니즘을 개발한 것으로 보입니다.

 

이것은 어떤 원인에서든 생기는 해로운 분자들을 효과적으로 제거하는데 부수적인 이점을 가지고 있는데, 이것은 박쥐의 독특하게 긴 수명을 설명해 줄지도 모릅니다. 심장 박동수와 신진대사가 빠른 작은 동물들은 일반적으로 심장 박동이 느리고 신진대사가 느린 큰 동물들보다 수명이 짧은데, 이는 아마도 높은 신진대사가 더 파괴적인 활성 산소로 이어지기 때문일 것입니다. 하지만 박쥐는 같은 크기의 다른 포유 동물들보다 수명이 훨씬 길다는 점에서 독특합니다. 어떤 박쥐들은 40년을 살 수 있는 반면, 같은 크기의 쥐는 2년을 살 수 있습니다.

 

이렇게 빠르게 염증을 완화시키는 것은 항 바이러스 면역 반응과 관련된 염증을 완화시키는 것과 같은 또 다른 이점을 가질 수 있습니다. 많은 박쥐들의 면역 체계의 중요한 비결 중 하나는 바이러스가 침투하기 전에 다른 세포들에게 "전투 태세를 갖추도록" 하는 인터페론 알파(interferon-alpha)라고 불리는 신호 분자의 모발 트리거 방출입니다.

 

브룩은 박쥐의 빠른 면역 반응이 그들이 호스팅하는 바이러스의 진화에 어떤 영향을 미치는지 궁금해서, 두 마리의 박쥐와 대조군으로 한 마리의 원숭이에서 배양된 세포를 실험했습니다. 마르부르크 바이러스의 천연 숙주인 이집트 과일 박쥐 (Rousettusaegyptiacus)는 직접적인 바이러스 공격이 필요한데, 그 전에 그것의 인터페론-알파 유전자를 변형시켜 신체에 인터페론으로 넘치게 합니다. 이 기술은 헤드라 바이러스의 저장고인 호주 블랙 플라잉 폭스(Pteropus alecto)보다 약간 느리며, 이 바이러스는 전사한 후, 단백질로 전환 될 준비가 된 인터페론-알파 RNA로 바이러스 감염과 싸우기 위해 준비되어 있습니다. 아프리카 녹색 원숭이(Vero) 세포 라인은 인터페론을 전혀 생산하지 않습니다.

 

에볼라와 마버그 바이러스를 모방한 바이러스의 도전을 받았을 때, 이 세포의 다른 반응들은 놀라웠습니다. 녹색 원숭이 세포는 바이러스에 의해 빠르게 압도되고 죽어 가는 반면,  인터페론의 조기 경보 덕분에 루세트 박쥐 세포의 일부는 바이러스 감염으로부터 성공적으로 차단되었습니다. 

 

 

호주의 블랙 프라잉 폭스 세포에서  면역 반응은 더욱 성공적이었고, 바이러스 감염은 루스테트 세포 라인에서 보다 실질적으로 느려졌습니다. 게다가, 이러한 박쥐 상호 작용 반응은 감염을 더 오래 지속시키는 것으로 보였습니다.

 

"숲을 통해 타는 불 같은 세포 단층에 바이러스가 있다고 생각해 보세요." 브룩 대변인은 "일부 지역 사회, 즉 세포에는 비상 담요를 가지고 있고  화재는 피해를 주지 않고 지나가지만 결국 그 시스템에는 여전히 연기가 나는 석탄이 남아 있다"고 말했습니다. 살아 있는 세포 집단은 번식을 할 수 있고, 바이러스의 새로운 목표물을 제공하고, 박쥐의 수명기간 동안 지속되는 연기로 그을린 감염을 설정할 수 있습니다.

 

Brook and Boots는 박쥐 면역 체계의 간단한 모델을 만들어 실험을 컴퓨터에서 재현했습니다.

 

"이것은 정말로 강력한 인터페론 시스템을 가지고 있는 것이 이러한 바이러스들이 숙주 안에서 지속되는 것을 도울 수 있다는 것을 의미합니다,"라고 브룩은 말했습니다. "면역 반응이 높으면 감염으로부터 보호된 세포를 얻게 됩니다. 따라서 바이러스는 숙주에게 손상을 주지 않고 복제율을 높일 수 있습니다. 하지만 그것이 인간과 같은 것으로 흘러 들어갈 때, 우리는 그런 종류의 항바이러스 메커니즘을 가지고 있으며, 우리는 많은 병리를 경험할 수 있습니다."

 

연구원들은 많은 박쥐 바이러스가 동물 매개체를 통해 인간에게 전파된다고 지적했습니다. 사스는 아시아의 야자 나무를 통해 사람들에게 전염되었고, 낙타를 통해 메르스, 고릴라와 침팬지를 통한 에볼라, 돼지를 통한 니파, 말을 통한 헨드라 그리고 아프리카의 녹색 원숭이들을 통해 사람들에게 전염되었습니다. 그럼에도 불구하고, 이 바이러스들은 인간에게 최종적으로 도약할 때 여전히 매우 맹렬하고 치명적입니다.

 

브룩과 부츠는 바이러스 확산을 다른 동물과 인간에게 더 잘 이해시키기 위해 박쥐 내에서 보다 공식적인 질병 진화 모델을 설계하고 있습니다. 브룩 박사는 "발병과 확산, 전염을 예측하기 위해서는 감염 경로를 이해하는 것이 매우 중요하다"고 말했습니다.

 

 

* 참조저널 :

Cara E Brook, Mike Boots, Kartik Chandran, Andrew P Dobson, Christian Drosten, Andrea L Graham, Bryan T Grenfell, Marcel A Müller, Melinda Ng, Lin-Fa Wang, Anieke van Leeuwen. Accelerated viral dynamics in bat cell lines, with implications for zoonotic emergence. eLife, 2020; 9 DOI: 10.7554/eLife.48401

Accelerated viral dynamics in bat cell lines, with implications for zoonotic emergence

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