우두 (질병)

3. 우두 발견 역사

18세기 후반, 젖소와 자주 접촉하는 농부나 우유 짜는 여성들이 천연두에 잘 걸리지 않는다는 사실이 알려지기 시작했다. 이는 소에게 발생하는 가벼운 질병인 우두를 앓고 나면 치명적인 천연두에 대한 면역이 생기는 것으로 관찰되었기 때문이다.

1770년대부터 여러 사람들이 독립적으로 우두를 이용한 천연두 예방 가능성을 탐구했다. 대표적으로 1774년 영국 도싯의 농부 벤자민 제스티는 천연두가 유행하자 자신의 가족에게 우두 농을 접종하여 성공적으로 면역력을 갖게 했다.^[14][15] 1791년에는 독일의 교사 페터 플레트도 비슷한 시도를 했다.^[14] 또한 1790년대 영국 육군의 조사에서는 말두창 바이러스에 노출될 가능성이 높은 기병대가 보병보다 천연두 발병률이 낮다는 결과가 나오기도 했다. 이러한 초기 시도들은 우두나 관련 질병이 천연두 예방 효과가 있음을 시사했지만, 과학적으로 증명되거나 널리 알려지지는 못했다.

본격적인 우두 접종법의 개발과 보급은 1796년 영국의 의사 에드워드 제너에 의해 이루어졌다. 제너는 우두 환자의 고름을 건강한 소년에게 접종하여 천연두에 대한 면역이 생김을 실험으로 입증했다. 그는 이 방법을 소를 뜻하는 라틴어 'vacca'에서 이름을 따 백신 접종(vaccination)이라고 명명하고 결과를 발표하여 널리 알렸다. 이 방법은 기존의 인두법에 비해 훨씬 안전하여 빠르게 받아들여졌다. 비록 벤자민 제스티가 먼저 우두 접종을 시도했을 수 있지만, 제너는 과학적 실험을 통해 이를 증명하고 결과를 발표하여 백신 접종법을 대중화했기에 역사적으로 중요한 공로를 인정받는다.^[19]

제너의 발견 이후 백신 접종은 빠르게 확산되었다. 19세기 초 영국에서는 이미 10만 명 이상이 접종을 받았다. 스페인의 카를로스 4세 국왕은 백신의 효과를 확신하고, 1803년 의사 프란시스코 자비에르 데 발미스에게 스페인 제국의 식민지에 백신을 보급하도록 명령했다.^[16] 발미스는 살아있는 백신을 운반하기 위해 고아 소년들을 이용한 '팔에서 팔로'(arm-to-arm) 접종 방식을 사용하여 북아메리카와 남아메리카 등지에 백신을 성공적으로 전달했다.^[17]

한편, 제너가 사용한 것이 실제 우두 바이러스였는지에 대해서는 현대에 와서 다른 해석이 제기되었다. 제너 자신도 우두가 말의 질병("grease")에서 유래했을 수 있다고 추측한 바 있다.^[18] 1930년대 이후의 연구와 DNA 염기 서열 분석 결과, 당시 종두에 사용된 백시니아 바이러스는 우두 바이러스와는 유전적으로 다르며, 오히려 마두 바이러스와 매우 유사하다는 사실이 밝혀졌다. 이는 제너의 역사적인 종두법이 실제로는 마두 바이러스나 그와 가까운 바이러스에 감염된 소를 이용한 결과였을 가능성이 높음을 시사한다. 즉, 역사적으로 '종두'에 사용된 백신 바이러스는 우두 바이러스가 아니라 백시니아 바이러스이며, 그 기원은 마두 바이러스일 가능성이 크다.

3. 1. 인두법

3. 2. 종두법

4. 의학적 이용

자연 발생적인 우두 감염 사례는 드물었지만, 백신 접종을 통해 사람 간 전파가 가능하다는 사실이 밝혀졌다. 에드워드 제너의 최초 예방 접종은 젖 짜는 여성의 우두 농포에서 채취한 림프액을 사용했으며, 이후의 "팔에서 팔로" 접종 방식도 같은 원리를 따랐다. 하지만 사람의 체액을 이용하는 방식은 감염 위험 등 여러 문제를 동반했기에, 이탈리아에서는 소를 이용한 더 안전한 백신 생산 방법이 개발되었다. 이 방법은 "역백신 접종"이라 불렸는데, 소에게 사람에게 적응된 우두 바이러스를 접종한 뒤, 이를 다시 송아지에게 여러 차례 옮겨가며 대량의 백신을 효율적이고 안전하게 생산하는 방식이었다. 이후에는 사람에게 적응된 바이러스 대신 자연 발생 우두 바이러스를 사용하는 "진정한 동물 백신" 방식으로 발전했다.

이러한 백신 생산 방식은 수익성이 입증되어 많은 기업가들이 이를 활용했다. 감염된 소나 송아지의 림프액만 있으면 백신의 조악한 버전을 만들 수 있었기 때문이다. 국립 백신 연구소의 W. F. 엘긴은 북미 주 및 지방 보건 위원회 회의에서 약간 개선된 기술을 제시했다. 결핵이 없는 송아지의 배를 면도하고 수술대에 묶은 뒤, 몸 아랫부분에 절개를 가했다. 이전에 접종한 송아지에서 채취한 글리세린 처리 림프액을 절개 부위에 발랐다. 며칠 후 절개 부위에 딱지가 생기거나 굳어지면, 이를 멸균된 물로 부드럽게 하고 글리세린과 섞어 소독한 후, 모세관에 밀봉하여 나중에 사용할 수 있도록 보관했다.

5. 생명 주기

우두 바이러스(CPXV)의 유전체는 220kbp 이상으로, 이는 정두포진바이러스 종 중에서 가장 큰 크기에 해당한다. 이 유전체는 크게 세 영역으로 나눌 수 있는데, R1과 R2로 불리는 두 개의 말단 영역과 유전체 크기의 약 절반을 차지하는 주요 중앙 영역이다.^[20] 유전체의 말단 부위에는 약 10kbp 크기의 역위 말단 반복 서열(inverted terminal repeat sequences)이 존재한다. 이 반복 서열은 다시 두 부분으로 나뉘는데, 약 7.5kbp 길이의 코딩 영역을 포함하는 부분과, 최대 30번까지 반복될 수 있는 50개의 뉴클레오티드로 구성된 말단 영역이다.^[20] CPXV 유전체는 바이러스의 병원성에 관여하는 유전자 산물의 30-40%만을 코딩한다.^[21] 그럼에도 불구하고, CPXV는 모든 정두포진바이러스 중에서 가장 완벽한 유전자 세트를 가지고 있어, 다양한 변종으로 돌연변이를 일으키는 데 유리한 조건을 갖추고 있다.^[22] 우두 바이러스는 이중 가닥 DNA 바이러스이며, 비리온을 둘러싸는 외피를 가지고 있다.^[23]

우두 바이러스의 유전체는 자체적인 전사 기구와 DNA 복제 기구를 코딩할 수 있게 한다. 바이러스가 숙주 세포 내로 들어가 비리온의 외피가 벗겨지면, 세포질 내에서 복제가 일어난다. 이후 새로운 비리온이 조립되어 숙주 세포 밖으로 방출된다.^[24]

유전체의 양쪽 말단에는 숙주의 면역 방어 체계를 회피하는 유전자들이 배열되어 있으며, 이 유전자들은 주로 세포 외부에서 활성화된다. 이 유전자들이 코딩하는 수용체들은 세포 외부의 사이토카인과 케모카인을 차단하여, 이들 분자를 통한 면역 신호 전달을 방해한다. 이는 비리온이 숙주 세포에 부착하고 침입하는 과정을 돕는다.^[25] 유전체의 큰 크기는 바이러스가 면역 체계의 방어에 더 효과적으로 대응할 수 있게 한다. 실제로 모든 두창바이러스 중에서 CPXV는 면역 체계에 대항하는 가장 다양한 사이토카인 반응 조절 능력을 보인다. 이는 종양괴사인자(TNF) 수용체 계열인 CrmB, CrmC, CrmD, CrmE 단백질과 같은 다양한 사이토카인 수용체를 코딩하기 때문이다. 또한 인터루킨(IL)-1ß, 인터페론(IFN)-y, IFN 1, β-케모카인, IL-18과 같은 림포톡신(lymphotoxin)에 대한 수용체도 가지고 있다. CPXV가 가진 모든 수용체가 아직 밝혀진 것은 아니지만, 특히 4개의 TNF 및 림포톡신 수용체는 바이러스 중 가장 큰 동족 수용체 그룹을 형성하며 면역 반응 조절에 중요한 역할을 한다.^[26]

CPXV는 두 가지 유형의 봉입체(inclusion body)를 만든다. 모든 두창바이러스는 비리온의 복제와 성숙에 필요한 요소를 생성하는 공장 역할을 하는 B형 봉입체(호염기성 봉입체)를 가지고 있다. 반면, CPXV를 포함한 일부 코도포진바이러스(Chordopoxvirus)는 A형 봉입체(ATIs, 산성 봉입체)라는 독특한 구조를 추가로 가진다. ATIs는 cpxv158 유전자에 의해 코딩되며, 후기 단백질인 ATIP 단백질을 생성한다. 생명 주기에서 ATIs의 정확한 중요성은 아직 명확히 밝혀지지 않았으며 연구가 진행 중이다. cpxv158 유전자가 없어도 바이러스 복제는 가능하며, 복제 주기 자체에는 큰 차이가 없는 것으로 알려져 있다. 그러나 생쥐 실험에서 ATIs가 없는 CPXV 변종(CPXV-BR△ati)에 의한 병변은 정상 CPXV-BR 병변보다 더 빨리 치유되고 조직 손실도 적었다. 이는 ATIs가 숙주의 바이러스 감염 반응에 관여할 수 있음을 시사한다.^[27]

바이러스는 숙주 세포의 신호 전달 경로를 조절하여 감염을 제어하기도 한다. 감염 동안 CPXV는 MEK/ERK/1/2/Egr-1, JNK1/2, PI3K/Akt 경로 등을 활성화시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 경로 자체는 다른 바이러스 감염에서도 관여하지만, CPXV가 이 경로들을 활용하여 숙주에 반응하는 방식은 독특할 수 있다.^[28]

CPXV의 단백질 중 주목할 만한 것으로 p28 단백질이 있다. 이 단백질은 242개의 아미노산으로 구성되며, N 말단의 KilA-N 도메인과 C 말단의 RING 도메인이라는 두 개의 주요 도메인을 가진다. N 말단의 KilA-N 도메인은 DNA에 결합하는 능력이 있다. p28 단백질은 복제 주기 초기에 세포질에서 번역되어 바이러스의 남은 생명 주기 동안 세포질에 머무른다. 현재 p28 단백질이 DNA 복제에 필수적인 특정 숙주 인자(대식세포 인자 등)와 관련이 있는지 밝히기 위한 연구가 진행 중이다.^[29]

6. 백신 접종에 대한 반대

당시 새롭게 등장한 예방 접종 방식은 많은 사람들에게 받아들여졌지만, 일부에서는 반대에 부딪혔다. 기존 접종 방식과 다른 새로운 방식에 대한 거부감, 그리고 동물의 질병을 사람에게 감염시키는 것에 대한 막연한 불안감이 주요 원인이었다.^[30][31] 일부 사람들은 예방 접종 부위에서 작은 소가 자라나는 모습을 그린 만화를 통해 풍자하며 불만을 표현하기도 했다.^[30][31]

또한 변화 자체에 대한 불안감도 작용했다. 기존 접종 방식의 과정과 결과에 익숙했던 사람들은 새로운 예방 접종이 가져올 예측 불가능한 결과에 대해 우려했다.^[30][31] 에드워드 제너는 광범위한 실험을 통해 이러한 우려를 해소하려 노력했다.^[30][31]

한편, 경제적인 이유로 예방 접종을 받지 못하는 경우도 있었다. 접종 비용이 높아 일반 서민들이 쉽게 접근하기 어려웠고, 이는 역설적으로 제너가 자신의 실험에 참여할 대상자를 상대적으로 쉽게 구할 수 있는 배경이 되기도 했다.^[30][31] 제너는 이러한 연구 결과를 모아 1798년, 《바리올라이 박키나이, 즉 우두라고 알려진 질병으로, 특히 글로스터셔 등 잉글랜드 서부 주에서 발견된 것의 원인과 결과에 대한 연구》( An Inquiry into the Causes and Effects of the Variolae Vaccinae, a Disease Discovered in some of the Western Counties of England, particularly Gloucestershire, and Known by the Name of the Cow Pox^eng )라는 팜플렛을 발표했다.^[30][31]

7. 예방

이 바이러스는 유럽, 특히 영국에서 주로 발견된다.^[11] 오늘날 인간 감염 사례는 매우 드물며, 2010년 연구실 직원이 감염된 사례가 보고된 바 있다.^[36] 대부분의 인간 감염은 애완 고양이를 통해 이루어진다.^[11][37] 이 바이러스는 소에게서는 흔히 발견되지 않으며, 바이러스의 주요 저장 숙주는 숲에 사는 설치류, 특히 밭쥐이다.^[11][37] 집고양이가 이러한 설치류로부터 바이러스에 감염되어 인간에게 전파할 수 있다.^[11]

고양이의 경우 얼굴, 목, 앞다리, 발 등에 병변이 나타나며, 드물게 상부 호흡기 감염 증상을 보이기도 한다.^[12][37] 인간에게 감염될 경우, 증상은 주로 손 부위에 국소적으로 나타나며 바이러스가 침투한 자리에 농포성 병변이 생긴다.^[13][37] 잠복기는 약 9일에서 10일 정도이다. 감염은 대개 자연적으로 치유되지만, 면역억제 상태인 환자에게는 치명적일 수 있다.^[37] 바이러스는 주로 늦여름과 가을에 유행하는 경향이 있다.

어느 시점부터 천연두 예방 접종에 사용되는 바이러스는 더 이상 우두 바이러스가 아닌 백시니아 바이러스로 바뀌었다. 과학자들은 이 변화가 정확히 언제 일어났는지 특정하지 못했지만, 백신으로서 백시니아 바이러스와 우두 바이러스의 효과는 거의 동일하다.^[10] 따라서 천연두 백신을 접종하면 우두에 대한 면역력도 함께 얻을 수 있다. 현재 사용되는 백신은 백시니아 바이러스를 이용하지만, 두 바이러스가 매우 유사하여 백신 접종 시 신체는 우두와 천연두 모두에 대한 면역력을 형성하게 된다.

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