2. COVID-19의 전염성 (Contagiosity of COVID-19 and its mortality rate)
2.1. 감염 경로
2.1.1. 중간 숙주는 무엇인가
2.1.1.1. 박쥐의 가능성
앞서 언급한 바와 같이 최초 감염자들은 화난수산물시장에서 종사하거나 방문하는 사람들이었는데, 이 곳은 수산물 뿐만 아니라 야생동물이 불법적으로 거래되기도 한다. 또한 코로나 바이러스는 대표적인 인수공통감염 바이러스이기때문에 최초의 감염자들은 동물로부터 감염되었을 확률이 매우 높다. 즉, '중간 숙주'의 존재 가능성이 매우 높은 것이다.
'중간 숙주'를 파악하는 것은 질병의 통제 및 치료법 개발 등에 있어서 매우 중요한 단서가 될 수 있기 때문에, 많은 연구진들이 이를 확인하기 위해 노력 중이다. 그 중 2가지 정도의 흥미로운 접근 방식을 소개하고자 하는데, 이들은 염기서열이라는 분자생물학적 정보를 기반으로 한다는 점은 동일하나, 비교 대상을 어떻게 선정하느냐에 따라 약간 다르다.
첫번째로는, COVID-19 원인 바이러스의 유전체를 기존에 밝혀진 타 코로나바이러스 라이브러리와의 유사도 비교를 통해, 그 기원을 추정해보는 것이다 [6]. 해당 연구진은 9명의 환자로부터 COVID-19를 분리하여 complete (or partial) genome sequence를 조립 (assembly) 하였다.
우선적으로, 환자들 간의 서열을 비교하였을 때는 99.98%라는 매우 높은 상동성을 보이는 것을 확인하였는데, 이는 COVID-19의 원인 바이러스가 아주 최근에 발생한 것 (혹은 적어도 최근 대량의 감염자를 만들어낸 바이러스는 동일한 종이라는 것)이라는 것을 말해준다. 또한, 타 코로나바이러스와 계통발생학적으로 비교를 했을 때, 2개의 박쥐 유래 바이러스 strain (bat-SL-CoVZC45, bat-SL-CoVZXC21)들과 약 88%의 상동성으로 가장 유사하다는 것을 확인하였다 (그림 2). 또한, 이전에 유행했던 SARS-CoV (약 79%)나 MERS-CoV (약 50%)와는 상대적으로 적은 상동성을 보였다.
즉, 이는 SARS-CoV나 MERS-CoV가 약간의 유전적 변이를 거쳐 재유행한 것이 아닌 신규한 코로나바이러스가 인체로 감염되었으며, 그 중간숙주로 박쥐과 연관이 있을 확률이 높다는 것을 보여준다. 실제로 박쥐는 SARS, MERS, EVOLA 등 61종의 인수공통바이러스를 보유한 주요 1차 숙주 동물로 알려져있다. 하지만 bat-SL-CoVZC45, bat-SL-CoVZXC21 두 박쥐 유래 바이러스가 변이를 일으켜 인체로 감염되었다고 결론을 짓기에는 무리가 있는데, 침입 시 중요한 역할을 하는 receptor-binding domain이 이 2종의 바이러스 보다 오히려 SARS-CoV와 더 높은 상동성을 보이며 SARS처럼 ACE2 (angiotensin-converting enzyme 2)를 cell receptor로 사용할 수 있다는 점이 바로 그것이다 (그림 3).
위 결과는 사람 간 큰 변이가 없다는 것과 기존 코로나바이러스 유전체 라이브러리와의 비교를 통해 어느 정도 계통 분류를 했다는 의의가 있으나, 몇 가지 설명하기 어려운 한계점들이 존재한다.
가장 유사한 박쥐 유래 바이러스 조차도 상대적으로 낮은 수치의 상동성을 보이고, receptor-binding domain은 오히려 SARS-CoV가 더 높게 나타나는 등으로 인해 해석이 쉽지 않은 한계점이 있다. 추가적으로, 비록 박쥐가 복을 상징하여 암암리에 중국에서 식용으로 거래되고 있으나, 현재까지는 초기 감염자 발생 시기에 화난 수산시장에서 박쥐가 판매되었다는 기록을 발견하지 못했다는 점도 박쥐가 중간 숙주라는 주장의 설득력을 떨어뜨리고 있다. 이에 일부 연구진들은 원천숙주는 박쥐일 가능성이 높으나 실제 인체 감염을 매개한 중간 숙주는 뱀일 가설을 제시했으나, 이 또한 동료 연구진에 의해 기각되었다.
2.1.1.2. 천산갑의 가능성
한편, 2월 7일 자로 중국 화난농업대학 연구진의 결과로 '천산갑 (pangolin)'이 강력한 중간 숙주 후보로 떠오르고 있다. '천산갑'은 고기나 비늘 등이 중의학 재료로 쓰여 고가에 밀거래되고 있는 종이라고 알려져 있고, 실제로 화난수산물시장에서도 거래가 이루어지는 종이다 (그림 4).
해당 연구진은 앞선 연구결과보다 더 높은 상동성을 지닌 코로나바이러스를 가진 숙주가 있을지 확인해보기 위해, 1000개의 야생동물 metagenome 결과를 이용해, 천산갑에서 나온 균주 샘플이 이번 COVID-19 확진환자의 genome sequence와 99% 일치한다는 사실을 확인하였다고 한다 [7]. 아직까지 해당 논문이 published되지 않아서 정확한 내용은 파악이 안되지만, 이는 이전의 박쥐가 중간숙주라는 것보다 훨씬 가능성이 있어보인다. 예컨대, 원천 숙주는 박쥐인데 이것이 천산갑에게 감염되어 중간 숙주가 되었고, 이후 이 코로나바이러스가 인간에게 감염될 수 있게 추가적인 변이가 진행되었고, 이후 천산갑 감염개체와 인간이 접촉하여 최초의 인간 감염을 발생 (viral leap)시켰고, COVID-19가 유행하게 된 것이다.
천산갑이 COVID-19와 유사한 바이러스 (Sendai virus)를 운반한다는 다른 자료도 있다는 것은 이 주장에 좀 더 힘을 실어준다 [8].
예컨대, 원천 숙주는 박쥐인데 이것이 천산갑에게 감염되어 중간 숙주가 되었고, 이후 이 코로나바이러스가 인간에게 감염될 수 있게 추가적인 변이가 진행되었고, 이후 천산갑 감염개체와 인간이 접촉하여 최초의 인간 감염을 발생시켰고, COVID-19가 유행하게 된 것이다.
2.2. 인간 간 전염
2.2.1. 전염 경로와 증상
일반적으로 바이러스의 감염 형태는 직접 전파인 접촉감염, 비말감염과 간접 전파인 공기감염으로 분류할 수 있다. 결론부터 말하자면 COVID-19는 이 3가지 방식을 모두 사용하여 전파되는 것 같다.
그 중 비말감염 (droplet infection)*이 주된 전염 방식이며, 비말에 오염된 물건에 접촉한 손으로 눈, 코, 입을 만져 감염되는 접촉감염의 방식도 가능한 것으로 파악이 되었다. 또, 8일 기자회견에서는 중국 상하이시 민정국 청췬 부국장은 COVID-19의 '에어로졸* 전파'도 가능하다고 보고 [9]하여, 공기감염 (airborne infection) 역시 가능성을 배제할 수 없다. 이 말인 즉슨, 원래는 5㎛ 이상의 큰 비말 내에서만 활성을 가지고 직접 전파의 방식으로만 감염이 된다고 생각되었던 COVID-19가 비말이 건조되더라도 공기 중에서 부유하면서 비말핵의 형태로 간접전파가 가능할 수 있다는 뜻이기 때문에, 예상보다 강한 전염성을 띤다는 것을 뜻한다. 종합해보자면, 현재까지 관찰된 전염 경로는 기침, 재채기에 따른 비말 전파, 접촉 전파, 환자의 대소변 및 위장 분비물을 통한 전파이다.
*비말감염 (droplet infection): 감염자가 기침, 재채기 등을 할 때 생기는 5㎛ 이상의 작은 물방물 (비말)에 바이러스 등이 섞여 나와 타인의 눈 결막, 비강, 구강 점막 등으로 감염되는 것 / 보통 기침 한번에 약 3000개의 비말이 전방 2m 내로 분사
*에어로졸: 공기 중 부유하고 있는 작은 고체 및 액체 입자 / 크기는 수 나노미터부터 수십 마이크로미터
한편, 감염된 이후에는 환자에 따라 상이한 잠복기를 거친 후, 발열 및 기침, 호흡곤란, 폐렴 등의 증상을 나타내는 것으로 보고되었다. 2월 10일까지 중국 호흡기 질병 권위자인 중난산 중국공정원 원사 연구진이 밝힌 바에 따르면, 잠복기는 0~24일의 범위로, 그 중간값은 3.0일이라고 밝혔다 [10]. 잠복기 최대값이 24일이라는 부분은 이전 코로나바이러스들의 잠복기가 최대 14일로 관측되었던 것과 차이가 나는 사실이다. 이것이 중요한 이유는, 격리 기간을 14일로 설정했던 기존 방역체계에 매우 중대한 문제점이 있었을 수 있다는 점을 시사한다. 실제로, 해당 연구진의 조사 결과 감염 이후 나타난 환자들의 증상은 주로 발열 (87.9%)과 기침 (67,7%)가 가장 많았다고 보고되었는데 진료 시 발열 증세를 보인 환자는 43.8%로 절반 수준이었다는 것인데, 이는 무증상 감염기 (subclinical infectious)의 기간이 예상보다 길 수도 있다는 점을 시사하며, 뒷쪽에서 말할 무증상 감염 (asymptomatic transmission)의 가능성을 어느 정도 높혀준다. 물론, 아직 해당 결과에 대한 동료 연구자들의 review와 publish 단계를 거치지 않았으며, 24일의 잠복기를 가진 사례도 아직 개별 사례이고 무증상 감염의 가능성도 꾸준히 논의되어왔기에 기존의 방역체계는 분명 질병의 유행을 어느 정도 억제함에 있어 기능을 하고 있다고 할 수 있다. (* 추가-다만, 국내에서도 잠복기가 19일인 것으로 추정되는 신규 환자가 발생하였으므로 [11], 격리 관찰 기간에 대해서는 재설정이 필요해보인다.)
잠복기 최대값이 24일이라는 부분은 이전 코로나바이러스들의 잠복기가 최대 14일로 관측되었던 것과 차이가 나는 사실이다. 이것이 중요한 이유는, 격리 기간을 14일로 설정했던 기존 방역체계에 매우 중대한 문제점이 있었을 수 있다는 점을 시사한다.
환자들의 증상은 주로 발열 (87.9%)과 기침 (67,7%)가 가장 많았다고 보고되었는데 진료 시 발열 증세를 보인 환자는 43.8%로 절반 수준이었다는 것인데, 이는 무증상 감염기 (subclinical infectious)의 기간이 예상보다 길 수도 있다는 점을 시사하며, 뒷쪽에서 말할 무증상 감염 (asymptomatic transmission)의 가능성을 어느 정도 높혀준다.
2.2.2. 감염자 수 및 사망률 (mortality rate)
2020년 2월 10일 현재까지 중국을 비롯한 각종 국가들의 공식적인 감염자 및 사망자 수를 확인해보면 아래 표와 같다 (그림 5).
요약해보자면 27개국 (중국에 마카오와 홍콩 포함)에서 총 71,318명의 감염자와 1775명의 사망자가 발생하였다.
그 중 대부분은 우한시가 포함된 후베이성 (감염자- 58,182명, 사망자-1,696명)에서 발생하였고, 중국 이외의 나라에서는 4명의 사망자 (대만 1, 필리핀 1, 프랑스 1, 일본 1)가 현재 발생한 상태이다 (후베이성 감염자 수는 https://bnonews.com/index.php/2020/02/the-latest-coronavirus-cases/ 의 16 Feb 2020 11:52 p.m. ET 기준).
또 최근에는 크루즈선인 Diamond Princess호에서 하선한 승객이 확진 판정을 받은 후, 2월 3일부터 잠복기간 동안 승객 및 승무원 하선을 금지시키고 선체 내에 있는 약 3,600명에 대한 감염자 조사가 실시되고 있는데, 5일 10명의 집단 감염이 확인된 후 10일 135명으로 늘어나고 있어서 [12] 향후 중국 외 국가의 감염자 수가 증가할 가능성이 높다. (*추가-
16일 355명으로 확진자가 늘어났다, ref: https://news.joins.com/article/23707367)
한국의 경우, 현재 30명의 확진자가 발생하였다 (그림 6). (확진자의 정보 및 구체적인 이동경로 등은 다음의 사이트에서 확인할 수 있다. - https://www.seoul.go.kr/coronaV/coronaStatus.do)
2.2.3. 타 질병과의 비교 (Comparison with other infectious diseases)
위에서 언급했듯, 현재(2/17 기준) 감염자 수 71,318명 대비 사망자 1775명으로 약 2.49%의 치사율인 질병으로 파악되고 있다.
그렇다면 이것이 과연 어느 정도의 위력을 가진 질병인지를 확인하기 위해 이전 대표적인 전염병의 사례들과 비교를 해보자. 아래는 2002년 중국을 강타한 사스 (SARS, 중증급성호흡기증후군)와 COVID-19의 발생 이후 감염자 수 (Cases), 사망자 수 (Deaths), 그리고 회복자 수 (Recovered Cases)를 추적비교한 그래프이다 (그림 7) [13]. 두 사건은 모두 코로나바이러스로 인해 발생했다는 점, 동일한 국가인 중국에서 시작되었다는 부분, 원천 숙주가 박쥐라는 점 등 매우 공통점이 많으며, 그렇기 때문에 이번 COVID-19의 위력을 실감하는데 적절한 비교 예시이다.
감염자 수의 측면에서 보면, 이번 COVID-19는 아직까지 sigmoid curve의 exponential phase 구간을 나타내는 것을 알 수 있으며, SARS에 비해 그 기울기 값이 훨씬 크다는 것을 확인할 수 있다. 이는 아직까지 통제가 제대로 이루어지지 못하고 질병의 유행이 지속적으로 증가할 가능성이 높다는 것을 뜻한다. 또한, 한국의 경우 2차, 3차 감염자가 발생하고 있는 사실도, 아직까지 질병에 대한 통제가 안정적이지 못하다는 것을 뒷받침해준다.
특히나, 1월 30일자로 The New England Journal of Medicine에 published된 논문에서는 무증상 전파 (asymptomatic transmission)의 가능성이 독일에서 보고되었고 [14], 한국과 일본 등지에서도 무증상 감염이 의심되는 사례가 지속적으로 발견 되고 있다. (*독일의 최초 사례는 확정적인 사례는 아닌 것으로 판단되고 있다.)
이는 Latent period와 Incubation period의 차이에 기인한 무증상 감염기 (subclinical infectious)의 전파력이 있을 수 있다는 가능성을 제시한다 (그림 8). 이전 바이러스 유행 사례들에서는 임상적 지표가 나타나기 전인 Incubation period에 감염 사례가 보고된 적이 없기에, 이번 사태가 어쩌면 이전 사례들에 비해 훨씬 더 많은 2차 및 3차 감염에 대한 위험성이 클 수 있다는 것을 시사한다.
또 다른 코로나바이러스 감염사례인 MERS와 함께 SARS, MERS, COVID-19의 감염자 수, 사망자 수 및 치사율, R0*값을 비교해보면 다음과 같다 (표 1).
표 1. SARS, MERS, COVID-19의 전염자 수, 사망자 수, 치사율 및 R0 비교
사례 | 전염자 수(전염 국가) | 사망자 수 | 치사율 | R0 |
SARS | 8,098명 (29개국) | 774명 | 9.6% | 4 |
MERS | 2,494명 (27개국) | 858명 | 20.5% | 0.4~0.9 |
COVID-19 | 71,318명 (27개국) | 1,775명 | 2.49% | (예비) 1.4~2.5 (2.68 추정 [17]) |
*R0 (기초감염재생산수, basic reproduction number): 전염병이 전파되는 속도 / 한 사람의 감염자가 몇 명을 전염시킬 수 있는지를 수치화한 값
아직까지 COVID-19는 확진자도 늘고 있고 추가 사망자가 나올 가능성이 있어 수치들에 변동이 있을 수 있다.
비록 SARS나 MERS에 비해서 치사율은 낮은 수준이나, 전염병 치고는 꽤 높은 수준이다.(예를 들어, 대유행했던 전염병의 사례인 인플루엔자 바이러스 기반의 스페인독감 (Spanish infleunza, 감염자 수: 약 5억 명 / 사망자 수: 약 5천만 명)과 신종플루 (novel infleunza A (H1N1), (H1N1)pdm09, 감염자 수: / 사망자 수: )의 경우 각각 약 2.5%, 0.5%의 치사율을 보이며, 계절성 인플루엔자가 평균 0.1% 미만의 치사율을 보인다 [16].)
한편, COVID-19의 전염력은 어느 정도 수준인지 확인해보자. 이를 수치화하기 위해 다양한 연구진들이 R0 예비값들을 추정하고 있는데, 1.4~2.5 정도로 대부분 1을 넘는 값으로써 이번 COVID는 상당히 전염성이 강하다는 점을 보여준다. (홍콩의 한 그룹에서는 최종적으로 2.68의 R0값이 형성될 것이라고 예측하고 있기도 하다 [17]).
이는, 기존 코로나 바이러스인 SARS (4), MERS (0.4~0.9)의 중간 정도의 수치이고, 인플루엔자 바이러스인 스페인독감 (1.4~2.8), 신종플루 (1.1~3.3), 계절성 인플루엔자 (0.9~2.1)과 비교하였을 때에도 비슷하거나 더 높은 수치이다 [18, 19]. 따라서, 현재까지의 경과만 놓고 봤을 때도 충분히 위험한 전염력과 치사율을 보이는 사례라는 것을 알 수 있다. 동시에, 무증상 감염의 가능성이 높아지는 점, 추가적으로 확진자의 수가 증가하는 점, 현재 중증환자에서 추가 사망자가 나올 수 있다는 점 등을 봤을 때 이 바이러스가 보다 악명 높은 유행 사례로 남게될 수 있음을 시사한다.
그러나, 희망적인건 질병 통제에 있어 성과가 보이고 있다는 점이다. 먼저, 완치 판정을 받은 사례가 조금씩 보고되고 있다. 우리 나라의 경우, 2번 확진자가 지난 2월 5일 첫 완치 판정을 받아 격리해제 및 퇴원 조치가 이루어졌고 [20], 이어서 2월 17일 기준 현재까지 총 9명의 완치 판정 사례가 보고되었다 [21]. (다만 여기서의 완치란, 증상 소실 후 2회 이상 바이러스 미검출 소견을 보임에 따른 전염력 상실을 뜻하는 정도)
또한, 전세기를 이용한 우한 내 재외국민 귀환 및 격리 등으로 국내 확진자의 증가 요인 역시 줄여나가고 있다. 타 국가에서도 비슷한 조치들을 취하고 있어 예상치 못한 대량 신규 환자 발생의 빈도가 줄어가고 있다.
현재까지의 경과만 놓고 봤을 때도 충분히 위험한 전염력과 치사율을 보이는 사례라는 것을 알 수 있다. 동시에, 무증상 감염의 가능성이 높아지는 점, 추가적으로 확진자의 수가 증가하는 점, 현재 중증환자에서 추가 사망자가 나올 수 있다는 점 등을 봤을 때 이 바이러스가 보다 악명 높은 유행 사례로 남게될 수 있음을 시사한다.
그러나, 희망적인건 질병 통제에 있어 성과가 보이고 있다는 점이다. ...
Reference
[6] Lu, Roujian, et al. "Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding." The Lancet (2020). https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(20)30251-8/fulltext
[7] http://www.xinhuanet.com/english/2020-02/07/c_138763566.htm
[8] Liu, Ping, Wu Chen, and Jin-Ping Chen. "Viral Metagenomics Revealed Sendai Virus and Coronavirus Infection of Malayan Pangolins (Manis javanica)." Viruses 11.11 (2019): 979. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6893680/
[9] https://news.v.daum.net/v/20200208202449253
[10] https://www.yna.co.kr/view/AKR20200210128751083?section=international/china
[11] https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LPOD&mid=sec&oid=001&aid=0011392813&isYeonhapFlash=Y&rc=N
[12] http://news.wowtv.co.kr/NewsCenter/News/Read?articleId=A202002100463&t=NN
[13] https://thewuhanvirus.com/
[14] Rothe, Camilla, et al. "Transmission of 2019-nCoV infection from an asymptomatic contact in Germany." New England Journal of Medicine (2020).
[15] Arzt, Jonathan, et al. "Quantitative impacts of incubation phase transmission of foot-and-mouth disease virus." Scientific reports 9.1 (2019): 1-13.
[17] Wu, Joseph T., Kathy Leung, and Gabriel M. Leung. "Nowcasting and forecasting the potential domestic and international spread of the 2019-nCoV outbreak originating in Wuhan, China: a modelling study." The Lancet (2020).
[18] Coburn, Brian J., Bradley G. Wagner, and Sally Blower. "Modeling influenza epidemics and pandemics: insights into the future of swine flu (H1N1)." BMC medicine 7.1 (2009): 30.
[19] Furushima, Daisuke, et al. "Estimation of the Basic Reproduction Number of Novel Influenza A (H1N1) pdm09 in Elementary Schools Using the SIR Model." The open nursing journal 11 (2017): 64.
[20] https://www.khanews.com/news/articleView.html?idxno=200788
[21] http://ncov.mohw.go.kr/index_main.jsp
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