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갤러리 관장의 코로나19 - (1)변이의 역사(초기에서 알파.베타.감마.델타까지)

이일영 칼럼니스트 | 기사입력 2022/07/22 [20:40]

▲ GISAID의 게놈 서열 계통발생 분석(출처:(gisaid.org)     ©이일영 칼럼니스트

 갤러리 관장의 코로나19 - (1)변이의 역사(초기에서 알파.베타.감마.델타까지)

-이일영 칼럼니스트

 

코로나19 감염 시대로 인한 유례가 없는 상황들을 겪게 되면서 현대 의학교육의 아버지로 평가받는 캐나다 출신 병리학자 윌리엄 오슬러(1905-1919) 교수가 남긴 (인류에게는 질병과 기아와 전쟁의 세 가지 적이 있다. 이중 가장 혹독한 것은 질병이다) 라는 말이 더욱더 크게 느껴진다.

 

의학 전문인이 아닌 필자는 감염 시대의 심중함을 헤아리면서 아프리카 최남단의 나라 남아공을 주시하였다. 그 배경에는 많은 이야기를 품은 긴 역사의 강이 흐른다. 이야기를 시작하기 전 오늘날 세계를 흔들고 있는 코로나19 바이러스 변이의 요약과 세계로 전파된 경로에 대하여 정리할 필요가 있다. 

 

먼저 변이란 바이러스가 전파되면서 변화하고 진화하여 원래 바이러스와 달라진 상태를 말한다, 2019년 12월부터 중국 우한에서 발생하기 시작한 원인 미상의 우한 폐렴에 대하여 중국 질병예방통제센터는 2020년 1월 7일 알려지지 않은 코로나바이러스를 검출하여 유전 정보를 1월 11일 공개하였다. 이후 2월 11일 국제바이러스분류위원회는 유전체 염기서열 분석 결과에 의한 새로운 코로나바이러스의 계통 발생학적 분석을 통하여 제2형 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스를 뜻하는 (SARS-CoV-2)로 분류하였다. 이를 바탕으로 세계보건기구가 2019년에 발생한 코로나바이러스가 일으키는 감염 질병이라는 뜻인 COVID-19로 정리하여 발표한 것이다.

 

계통적으로 코로나바이러스는 니도비랄레스 목(order Nidovirales)의 코로나비리대 과(family Coronaviridae)에 속하는 바이러스이다. 코로나비리대 과는 알파 코로나바이러스(Alpha), 베타(beta), 감마(Gamma). 델타(Delta)가 속해있다. 코로나란 바이러스 표면 돌기 형태의 스파이크 단백질을 왕관에 비유한 라틴어에서 유래하였다. (SARS-CoV-2)는 베타 코로나바이러스이다. 

 

(SARS-CoV-2)는 2015년 7월 분리된 박쥐 유래 유사 코로나바이러스(bat-SL-CoVZXC21)와 2017년 2월 분리된(bat-SL-CoVZC45)와 88%의 높은 일치율을 보였다. 미국 바이러스 병원체 및 데이터베이스 분석원 연구에 의하면 두 바이러스의 공통 조상에서 기원한 바이러스  (SARS-CoV-2)는 조상에 없는 유전자 전사서열 이중 돌연변이 TRS-1(ACGGAT)를 일으킨 변종으로 정리하였다. (참고로 이는 바이러스 종의 분류를 말하는 것으로 코로나 바이러스 변이를 나타내는 알파(α). 베타(β) 감마(γ). 델타(δ)와는 다르다) 

 

코로나19 바이러스는 초기에 L. S. V. G, GH, GR, 기타 등 7개 계통으로 분류되었다. 중국 우한에서 최초로 검출된 바이러스는 L형이었다. 이 바이러스는 2020년 초 S(L84S)형으로 변이되었다. 이는 코로나19 바이러스의 84번 아미노산 염기서열에서 L(류신) 아미노산이 S(세린) 아미노산으로 바뀐 것이다. (중국 우한 교민 및 해외 입국을 통한 한국의 초기 감염 바이러스이다) 

 

이후 S형에서 변이한 V형(L37F/G251V)은 37번 아미노산 류신(L)이 페닐알라닌(F)으로. 251번 글라이신(G)이 발린(V)으로 바뀐 2번의 변이가 있었던 유형이다. (한국에서는 2020년 2월 대구 신천지와 청도대남병원 집단 감염을 일으킨 바이러스이다)  

 

V형에서 변이된 G형(P314L/D614G)은 314번째 프롤린(P)이 류신(L)으로, 614번째 아스파트산(D)이 글라이신(G)으로 돌연변이된 (D614G)형이다. 이러한 G형의 돌연변이는 초기 유형의 변이에서 살펴지는 염기서열의 차이와 달리 G형은 바이러스의 인체 침투 스파이크 단백질의 아미노산 구성에서 생겨난 614번째 아미노산 변이를 말한다. 이는 바이러스가 인체에 침투하면서 수용체 안지오텐신 전환효소2(ACE2)와 결합할 때에 생성되는 아미노산의 변이가 생겨난 것이다. 

 

G형은 싱가포르를 거쳐 이탈리아 등을 통해 유럽과 북미로 확산되며 훗날 새로운 변이가 이루어진 영국과 남아공 그리고 브라질 등에 전파되었으며 아시아 외 지역에서 주류를 차지했다. 나아가 스파이크 단백질 돌연변이로 강한 전파력을 드러냈다. (한국에서는 이태원 발 감염에서 나타난 바이러스 형태이다) 

 

이러한 G형에서 하위 변이된 GH형은 614번째 아스파트산(D)이 글라이신(G)으로 변이된 (D614G) 형태를 유지하며 개방형 해독틀(ORF)의 57번 글루타민(Q)이 히스티딘(H)으로 변이된 (Q57H) 유형이다. GH형은 기존 바이러스보다 전염력이 6배나 더 강력한 것으로 분석되었으며 2020년 11월 무렵 북미지역 유행을 주도하였다. (한국은 2020년 7월 6일 중앙방역대책본부 발표에서 5월 1일 이후 국내 확진자 526건의 염기서열 분석 결과 98.4%가 GH형으로 확인되었다) 

 

또한, G형 그룹 하위 변이는 GH형 이외에도 N단백질의 203번 아르지닌(R)이 라이신(K)으로 204번 글라이신(G)이 아르지닌(R)으로 변이된 GR형(R203K/G204R)이 존재하였다. 2020년 11월 무렵 주로 남미지역과 오세아니아와 아프리카와 러시아에서 유행하였다. (한국에서는 2021년 2월 부산 감천항 러시아 선박 집단 감염에서부터 8월 무렵까지 확인되었다) 

 

▲ WHO 지정 변이 알파.베타. 감마, 델타(출처: 미국 애리조나대학교 연구소)     ©이일영 칼럼니스트


이와 같은 변이의 흐름 속에서 세계는 영국발 알파(B.1.1.7)와 남아공발 베타(B.1.351)에 이어 인도발 델타(B.1.617)와 브라질발 감마감마(B.1.1.248)에 이르는 더욱더 강력한 전파력을 지닌 새로운 변이 바이러스가 속출하였다. 

 

알파(B.1.1.7) 변이는 GR형 계통으로 2020년 9월 영국에서 최초로 확인되었다. (N501Y, A570D, P681H, D614G, T716I, S982A, D1118H)과 같은 염기 치환으로 인해 아미노산이 바뀌게 되는 과오 돌연변이와 유전자 물질을 상실하는 3개의 (H69), (V70), (Y144) 아미노산 결실이라는 비장의 무기를 품고 있었다. 특히 스파이크 단백질 중 인간 세포 수용체 결합 영역(RBD)의 501번째 아미노산이 아스파라긴산(N)에서 타이로신(Y)으로 바뀌는 (N501Y) 돌연변이가 주요한 특징이었다. 또한, (H69), (V70) 아미노산 결실은 면역 회피의 주요한 요인이었다. 덧붙여 스파이크 단백질 절단 부위의 오각형 고리 아미노산 프롤린(P)이 히스티딘(H)으로 바뀐 내용은 바이러스의 높은 전파와 감염의 원인으로 연구되었다. 

 

베타(B.1.351) 변이는 GH형 계통으로 2020년 10월 남아공에서 확인되었다. 이는 영국의 알파 변이가 품었던 인간 세포 수용체 결합 영역(RBD) (N501Y) 돌연변이를 가지고 있었지만, (H69), (V70) 아미노산이 유지되어 결실된 알파 변이와 달랐다. 베타 변이는 스파이크 단백질에 다음과 같은 돌연변이를 가지고 있었다. (L18F). (D80A). (D215G/R246). (K417N). (E484K). (N501Y).(D614G) 이중에서 라이신(K)이 아스파라긴산(N)으로 바뀐 (K417N) 돌연변이와 글루탐산(E)이 라이신(K)으로 바뀐 (E484K) 돌연변이에 의한 높은 전파력과 백신 회피능력이 뛰어났다. 특히 (E484K) 변이에 의한 재감염이 확인되었으며 영국에서 발생한 알파 변이를 제치고 우세 종이 되어 유럽은 물론 세계로 전파되었다,     

 

델타(B.1.617) 변이는 G형 계통으로 614번째 아스파트산(D)이 글라이신(G)으로 바뀐 돌연변이 (D614G)를 품고 남아공 베타에 이어 2020년 10월 인도에서 확인되었다. 이중 돌연변이에서 삼중 돌연변이까지 다양한 돌연변이를 품은 델타 변이는 특히 류신(L)이 아르가닌(R)으로 바뀐 (L452R) 돌연변이의 특성에 의한 백신 접종에 의한 항체 생성 후에도 감염되는 돌파 감염으로 인도 대륙은 물론 세계가 긴장하였다. 이는 트레오닌(T)이 라이신(K)으로 바뀐 (T478K) 돌연변이로 복제의 용이와 더불어 바이러스의 세포 수용체 결합이 크게 증가된 원인이었다.  

 

감마(B.1.1.248) 변이는 GR형 계통으로 브라질에서 발생한 변이로 2021년 1월 6일 브라질에서 일본으로 입국자에게서 최초로 발견되었다. 감마 변이는 스파이크 단백질 유전자에 11개의 돌연변이가 분석되었다. 감마 변이는 알파 변이가 품었던 스파이크 단백질 중 인간 세포 수용체 결합 영역(RBD)의 501번째 아미노산이 아스파라긴산(N)에서 타이로신(Y)으로 바뀌는 (N501Y) 돌연변이와 베타 변이가 품었던 글루탐산(E)이 라이신(K)으로 바뀐 (E484K) 돌연변이를 함께 가진 변이의 특성이 있었다. 

 

이와 같은 변이의 역사 속에서 코로나19 바이러스는 새로운 진화의 변이를 멈추지 않았다. (이어서 살펴보기로 한다)  artwww@naver.com

 

필자: 이일영

한국미술센터 관장. 칼럼니스트. 시인.

 

*아래는 위 기사를 '구글 번역'으로 번역한 영문 기사의 [전문]입니다. '구글번역'은 이해도 높이기를 위해 노력하고 있습니다영문 번역에 오류가 있을 수 있음을 전제로 합니다.<*The following is [the full text] of the English article translated by 'Google Translate'. 'Google Translate' is working hard to improve understanding. It is assumed that there may be errors in the English translation.>

 

Gallery Director's Corona 19 - (1) History of mutation (from the beginning to alpha, beta, gamma, delta)

 

- Lee Il-young, columnist

 

As we face unprecedented situations caused by the era of COVID-19 infection, Canadian pathologist William Osler (1905-1919), who is regarded as the father of modern medical education, left behind (Mankind has three enemies: disease, hunger, and war. The worst is disease) is felt more and more loudly.

 

The author, who is not a medical expert, looked at South Africa, the southernmost country in Africa, while figuring out the severity of the era of infection. In the background, a river of long history with many stories flows. Before starting the story, it is necessary to summarize the mutation of the COVID-19 virus that is shaking the world today and the route it has spread to the world.

 

First, mutation refers to a state that is different from the original virus by changing and evolving as the virus spreads. Regarding the Wuhan pneumonia of unknown cause, which started to occur in Wuhan, China, in December 2019, the China Centers for Disease Control and Prevention announced on January 7, 2020. Genetic information was released on January 11 by detecting a coronavirus that did not exist. Then, on February 11, the International Committee on Classification of Viruses classified the novel coronavirus as (SARS-CoV-2), meaning type 2 severe acute respiratory syndrome coronavirus, through phylogenetic analysis of the new coronavirus based on the results of genome sequencing. Based on this, the World Health Organization has summarized and announced it as COVID-19, which means an infectious disease caused by the coronavirus that occurred in 2019.

 

Phylogenetically, coronaviruses are viruses belonging to the family Coronaviridae of the order Nidovirales. The coronaviridae family includes alpha coronaviruses (Alpha), beta (beta), and gamma (Gamma). Delta belongs to. Corona is derived from the Latin word, which compares the spike protein in the form of a virus surface protrusion to a crown. (SARS-CoV-2) is a beta coronavirus.

 

(SARS-CoV-2) showed a high concordance rate of 88% with the bat-derived coronavirus isolated in July 2015 (bat-SL-CoVZXC21) and February 2017 (bat-SL-CoVZC45). According to a study by the American Viral Pathogen and Database Analyst, the virus (SARS-CoV-2), which originated from the common ancestor of both viruses, was classified as a variant that caused the gene transcription sequence double mutation TRS-1 (ACGGAT), which was not present in the ancestor. (For reference, this refers to the classification of virus species, which is different from alpha (α), beta (β), gamma (γ), and delta (δ), which represent coronavirus mutations)

 

The COVID-19 virus was initially classified into seven strains, including L. S. V. G, GH, GR, and others. The first virus detected in Wuhan, China was type L. The virus mutated to S(L84S) in early 2020. This is the change of the L (leucine) amino acid to the S (serine) amino acid in the 84 amino acid sequence of the Corona 19 virus. (It is an early infection virus in Korea through Chinese citizens living in Wuhan, China, and overseas entry)

 

Then, in the V-type (L37F/G251V) mutated from the S-type, the 37th amino acid leucine (L) was changed to phenylalanine (F). It is a type that has two mutations in which glycine (G) at 251 is changed to valine (V). (In Korea, it is a virus that caused a cluster infection in Daegu Shincheonji and Cheongdo Daenam Hospital in February 2020)

 

Type G mutated from type V (P314L/D614G) is a type (D614G) in which proline (P) at position 314 is mutated to leucine (L) and aspartic acid (D) at position 614 is mutated to glycine (G). Unlike the nucleotide sequence difference observed in the initial type of mutation, the G-type mutation refers to the 614th amino acid mutation resulting from the amino acid composition of the human penetration spike protein of the virus. This is due to a mutation in the amino acid produced when the virus enters the human body and binds to the receptor angiotensin converting enzyme 2 (ACE2).

 

Type G spread to Europe and North America through Italy, etc. via Singapore, and later spread to England, South Africa, and Brazil where new mutations were made, and took up the mainstream outside Asia. Furthermore, the spike protein mutation revealed strong propagation power. (In Korea, it is the form of the virus that appeared in Itaewon foot infection)

 

The GH type submutated from this G type maintains the form in which the 614th aspartic acid (D) is mutated to glycine (G) (D614G), and the 57th glutamine (Q) of the open reading frame (ORF) is converted to histidine (H). ) mutated (Q57H) type. The GH type was analyzed to be six times more contagious than the existing virus and led the epidemic in North America around November 2020. (In Korea, as a result of sequencing analysis of 526 domestic confirmed cases after May 1, 98.4% were confirmed as GH type in the announcement of the Central Quarantine Countermeasures Headquarters on July 6, 2020.)

 

In addition, the sub-mutation of the G-type group is a GR type (R203K/G204R) in which arginine (R) 203 of the N protein is mutated to lysine (K) and glycine (G) 204 to arginine (R) in addition to the GH type. existed. Around November 2020, it was mainly prevalent in South America, Oceania, Africa and Russia. (In Korea, it was confirmed from the mass infection of Russian ships in Busan Gamcheon Port in February 2021 to around August)

 

▲ WHO designated mutation alpha.beta. Gamma, Delta (Source: University of Arizona Research Institute, USA) © Il-Young Lee, Columnist

 

In this flow of mutation, the world is alpha (B.1.1.7) from England and beta (B.1.351) from South Africa, followed by delta from India (B.1.617) and gamma gamma from Brazil (B.1.1.248). A new mutant virus with more powerful transmission power has emerged one after another.

 

The alpha (B.1.1.7) mutation was first identified in the UK in September 2020 as a GR strain. A spleen of deletion of three (H69), (V70), (Y144) amino acids that loses genetic material and a mistake mutation that results in an amino acid change due to base substitution such as (N501Y, A570D, P681H, D614G, T716I, S982A, D1118H) had the weapons of In particular, a mutation (N501Y) in which the 501st amino acid of the human cell receptor binding region (RBD) of the spike protein is changed from aspartic acid (N) to tyrosine (Y) was a major feature. In addition, (H69) and (V70) amino acid deletions were a major factor in immune evasion. In addition, the change of the pentacyclic amino acid proline (P) to histidine (H) at the cleavage site of the spike protein was studied as a cause of high virus spread and infection.

 

The beta (B.1.351) mutation was identified in South Africa in October 2020 as a GH strain. It had a human cell receptor binding region (RBD) (N501Y) mutation harbored by the British alpha mutation, but differed from the deleted alpha mutation by retaining (H69) and (V70) amino acids. The beta mutation had the following mutations in the spike protein. (L18F). (D80A). (D215G/R246). (K417N). (E484K). (N501Y).(D614G) Among them, lysine (K) is changed to aspartic acid (N) (K417N) mutation and glutamic acid (E) is changed to lysine (K) (E484K). it happened In particular, reinfection due to the (E484K) mutation was confirmed, and it became the dominant species over the alpha mutation that occurred in the UK and spread to Europe as well as the world.

 

The delta (B.1.617) mutation was confirmed in India in October 2020 following the beta in South Africa, harboring a mutation (D614G) in which the 614th aspartic acid (D) was changed to glycine (G) as a G-type strain. Delta mutation, which has various mutations from double mutation to triple mutation, is a breakthrough infection that is infected even after antibody production by vaccination due to the characteristic of the (L452R) mutation in which leucine (L) is changed to arganine (R). Of course, the world was nervous. This is a mutation in which threonine (T) is changed to lysine (K) (T478K), which is the cause of the greatly increased binding of the virus to cell receptors along with the ease of replication.

 

The gamma (B.1.1.248) mutation is a GR-type strain that occurred in Brazil, and was first discovered on January 6, 2021 in a person arriving from Brazil to Japan. For gamma mutations, 11 mutations in the spike protein gene were analyzed. The gamma mutation is a (N501Y) mutation in which the 501st amino acid of the human cell receptor binding region (RBD) is changed from aspartic acid (N) to tyrosine (Y) among the spike proteins possessed by the alpha mutation and the glutamic acid (E) borne by the beta mutation. It was characterized by a mutation with a (E484K) mutation changed to lysine (K).

 

In this history of mutation, the Corona 19 virus did not stop the mutation of new evolution. (We will look at it later) artwww@naver.com

 

*Writer: Lee Il-young

 

Director of the Korean Art Center. columnist. poet

 

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