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[건강칼럼] 눈에 보이지 않는 바이러스, 유전자로 진단한다
강남 메이저 의원 / 김경철 경영원장
2020-05-08 15:16:30최종 업데이트 : 2020-05-11 13:23:00 작성자 :   e수원뉴스

[건강칼럼] 눈에 보이지 않는 바이러스, 유전자로 진단한다

[건강칼럼] 눈에 보이지 않는 바이러스, 유전자로 진단한다

지금 대한민국과 세계는 한참 코로나바이러스와 전쟁 중이다. 염기 약 3만 개로 구성된 직경 80~100nm (1 마이크로미터의 1/10)의 작은 미생물이 (엄격히 말하면 바이러스는 생물이 아니다)전 세계를 공포와 충격으로 몰아 놓고 있다. 

대한민국은 중국에 이어 가장 빠르게 전염병이 확산된 나라였지만, 이웃 일본과 미국, 유럽과 달리 초기부터 강력한 정책을 사용했다. 바로 바이러스 진단 키트를 통한 대규모 진단을 통한 조기 발견, 조기 격리 정책 시행이었다.

그 결과 전 세계로부터 한국의 코로나바이러스 진단 키트가 주목을 받게됐다. 5년 전 메르스 때 혹독한 경험을 했던 질병관리본부에서는 중국에서 감염이 확산될 때, 이미 코로나 바이러스의 유전자 시퀀싱 정보를 얻은 후 자체적인 분석을 거쳐 국내 유전자 진단 회사들을 통한 대량 생산을 해내기 시작했다. 이는 신천지라는 돌발 변수를 만나 방역 대책에 큰 위기를 겪던 대한민국이 수 만 명 전수조사라는 방식의 대규모 진단이라는 새로운 방역 정책을 가능하게 만든 중요한 기반을 이룬 것이다. 

이처럼 눈에 보이지 않는 세균, 바이러스, 곰팡이, 결핵균 등 감염병 분야에서 기존의 진단 방식인 배양, 혈청 방식이 아닌 미생물체의 유전자(게놈) 분석을 통한 분자 진단이 대세를 이루고 있다. 기존에는 감염병의 경우 균을 배양시켜서 현미경 등으로 관찰을 하는 방식으로 진단을 하였으나 바이러스처럼 배양이 쉽지 않은 감염원을 분석할 때, 그리고 대규모 진단이 필요할 때 새로운 방식의 진단 검사가 필요했던 것이다. 

즉 PCR(Polymerase chain reaction)로 알려진 중합요소연쇄반응이라는 기술이 분자 진단에서 선봉을 섰는데, 이는 특정 유전자의 유전자 염기 서열을 짧게 읽어서 특정하고, 너무 작은 이 염기를 대량으로 증폭하여 DNA 양을 전기영동으로 측정하는 장비를 말한다. 중합효소란 유전물질인 DNA가 복제할 때 필요한 효소인데, 이를 연속적으로 계속 작용하게 하여 DNA를 많이 복제하게 한다는 뜻이다. 

이와 같은 PCR 방식의 분자 진단법은 많은 감염병 진단에 적용되고 있다. 예를 들면 여성들이 흔히 산부인과에서 검사하는 자궁경부암바이러스(인유두종 바이러스)나 B형 간염 바이러스의 경우에도 전통적인 방법으로는 이 바이러스를 배양시킬 수 없어서 바이러스에 대한 바이러스 유전자 분석을 통하여 진단한다. 

특별히 이번에 코로나 바이러스에 사용된 검사법은 리얼타임 PCR (real time PCR)이다. 
 리얼타임은 말 그대로'실시간'이란 뜻인데 이는, 일반 PCR 처럼 특정 부위 유전자의 양을 증폭하는 것은 같으나 전기영동대신 분광 형광 광도계 방식으로 DNA 양을 실시간으로 재는 방식으로 이번 코로나 바이러스에도 이 방식으로 측정을 하였다. 
RT PCR 기반의 코로나바이러스 진단키트

RT PCR 기반의 코로나바이러스 진단키트

이 PCR 방법으로 소량의 DNA를 증폭하여 검사하기에 민감도가 동시에 높고, 소량의 바이러스도 DNA 유전체 일치를 통해 분석하기에 특이도도 높은 것이다. 민감도는 한마디로 경찰이 용의자를 얼마나 놓치지 않고 잡느냐의 개념이고, 특이도는 검찰이 억울한 사람을 기소하지 말고 진짜 범인만 기소한다는 개념과 같다. 진단 검사에서는 이 민감도와 특이도를 합쳐서 정확도라 부르는데 유전자 기반의 분자 진단이 이 정확도를 높게 한 것이다. 실제 메르스 때는 민감도 100%, 특이도 100%에 해당되는 놀라운 정확도를 보여주었었다. 이번 코로나 바이러스도 그와 유사한 수준의 정확도를 보여주고 있다. 

특히 이런 특정 바이러스 대 유행 시에는 민감도가 매우 중요하다. 즉 바이러스가 있는데 없다고 하는 가짜 음성 (위음성)이 높으면 바이러스 보균자를 놓치게 되기에 위 음성이 거의 없는 민감도 100% 수준의 검사가 중요한 것이다. 

또 다른 검사로 역시 언론에서 많이 오르내린 검사로 신속진단이 있다. 

신속진단은 다른 말로하면 현장진단(POCT, Point of Care Test)이라 불린다. 즉 바이러스나 결핵, 말라리아 등에 대해서 현장에서 5분내에 진단하는 것을 목표로 개발된 장비 혹은 키트를 말한다.

여기에는 크게 3가지 방식이 있다. 
1) 항원‧항체 면역 진단법
가장 잘 알려진 전통적인 방식인 항원‧항체 면역 진단법은 일반 시민들도 독감에 걸렸을 때 한번쯤은 개인의원 등에서 해봤을 검사다. 더 흔한 방식은 임신 진단 키트도 이 방식이다. 즉 리트머스 시험지 같은 스트립에 항원‧항체 반응의 양을 한 줄, 두 줄 등으로 표시하는 방식으로 정식 명칭은 면역 크로마토그라피법(Immunochromatographic Test, ICT)라 한다. 장점으로는 5분 이내 바로 진단이 가능하고 저렴한 가격이나 최대의 단점은 50~80%의 낮은 민감도이다. 독감같이 놓쳐도 크게 문제없는 바이러스는 이 방식으로 검사하는 것이 문제없지만 지금처럼 방역이 이슈인 상황에서는 스크린 검사로 진단하는 것은 적어도 코로나 방역에선 인정되고 있지 않는다. 

2) PCR 방식의 신속진단
'5분 이내 신속진단'으로 FDA 승인 기사가 난 미국 에보트 (Abbott)사의 ID-NOW는 원래 독감 진단으로도 기존에 사용했던 제품인데 이번에 코로나바이러스를 타겟으로 만든 제품이다. 이 제품은 RT-PCR이 아닌 iso-thermal PCR 방식으로, 바이러스 온도차에 의한 증폭(thermal cycle)과정 대신 등온 방식의 증폭(isothermal cycle)이다. 원래는 민감도가 떨어졌는데 이번에는 민감도 95%. 특이도 100%로 성능이 개선되었다고 한다. 다만 이런 방식은 비용이 비싸고 한 번에 한 샘플 밖에 검사할 수 없는 단점이 있어 대규모 검사 장비로는 한계가 있다. 

3) 미세유침 기술 (Microfluidic Device)
흔히 손바닥 위에 실험실이란 뜻으로 랩온어칩(Lab-on-a-Chip)이라고도 불리우는 미세유체(microfluidics) 시스템은 시약의 이동 경로를 극소화시켜 진단 방식을 소형화한 구조를 전체적으로 일컫는 방식이다. 앞으로 이 분야의 기술이 기존의 RT PCR의 정확도는 유지하면서도 신속 진단 방식으로 진화할 가능성이 높다. 

이번 코로나 바이러스는 언젠가는 치료제와 백신이 개발되고 정복 될 것이다. 그러나 인류는 주기적으로 공습해오는 바이러스로부터 자유로울 수가 없다. 특히 국제간 교류가 활발하고 실제적으로 국경이 없는 이 시대에 중국이든 아프리카든 언제든 지역 감염이 전세계적인 유행으로 번질 수 있다. 
이럴 때 새로운 감염병에 대한 중요한 대응이 바로 신속하게 그 바이러스를 분석해내는 일일 것이다. 앞으론 개인 휴대용 바이러스 진단기가 개발되어, 스스로 진단하는 시대도 가능할 수 있다. 유전자 진단법의 발전은 엄습해오는 바이러스 공격에 대비한 똑똑한 인류의 생존 전략 중 하나가 되는 것이다. 

김경철 경영원장 저자 약력

김경철 경영원장 저자 약력

건강칼럼, 김경철, 바이러스, 유전자

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