SARS-CoV-2

1. 개요

SARS-CoV-2는 코로나바이러스과에 속하는 바이러스로, 2019년 신종 코로나바이러스로 불리다가 2020년 2월 국제 바이러스 분류 위원회(ICTV)에 의해 공식 명칭으로 지정되었다. 이 바이러스는 COVID-19(코로나바이러스감염증-19)를 일으키는 원인 병원체이며, 기침이나 재채기를 통한 호흡기 비말이나 오염된 표면 접촉을 통해 전파된다. SARS-CoV-2는 다양한 변이체를 가지며, 박쥐가 자연 숙주일 가능성이 높다. 감염 시 발열, 기침, 호흡 곤란 등의 증상을 보이며, 심각한 경우 폐렴, 신부전, 사망에 이를 수 있다. 진단은 실시간 중합효소연쇄반응(RT-PCR)을 통해 이루어지며, 치료는 항바이러스제, 대증 요법, 지지 치료 등을 포함한 종합적인 접근 방식으로 이루어진다. 백신 개발 및 치료제 연구가 활발히 진행되고 있다.

2. 명칭

세계보건기구는 코로나바이러스감염증-19 유행이 진행되는 동안, 이 바이러스를 2019년 신종 코로나바이러스라는 임시 명칭으로 부르는 것을 권고했다. 그러나 이는 적절한 공식 명칭이 없다는 우려를 낳았고, 일상에서는 신종 코로나바이러스, 코로나바이러스, 우한 코로나바이러스 등으로 불렸다.

2020년 1월 11일, 국제 바이러스 분류학 위원회는 이 바이러스를 SARS-CoV-2로 명명했다. 같은 날, 세계보건기구는 이 바이러스가 일으키는 감염증 명칭을 COVID-19로 변경했다.

초기 발생 당시 바이러스에는 "코로나바이러스", "우한 코로나바이러스" 등 다양한 이름이 사용되었다. 세계보건기구(WHO)는 2020년 1월, 바이러스의 임시 이름으로 "2019년 신종 코로나바이러스"(2019-nCoV)를 권장했다. 이는 지리적 위치, 동물 종, 사람들의 그룹을 사용하지 말라는 WHO의 2015년 지침에 따른 것이었다.

2020년 2월 11일, 국제 바이러스 분류위원회는 공식 명칭을 "중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2"(SARS-CoV-2)로 채택했다. WHO는 SARS와의 혼동을 피하기 위해 SARS-CoV-2를 "COVID-19 바이러스"라고 부르기도 한다.

대한민국에서는 2020년 2월 12일부터 신종 코로나바이러스 감염증을 코로나19라는 명칭으로 부르기로 했다. 한국기자협회의 보도준칙에서도 코로나19라는 명칭을 사용할 것을 권고했다.

이 바이러스의 국제적인 공식 명칭은 severe acute respiratory syndrome coronavirus 2(약칭: SARS-CoV-2)이며, 이 바이러스가 유발하는 질환의 공식 명칭은 coronavirus disease 2019(약칭: COVID-19)이다.

2020년 1월 7일, 세계보건기구(WHO)는 중국 우한에서 발생한 질환의 원인이 되는 바이러스를 2019-nCoV로 잠정적으로 명명했다.

같은 해 2월 11일, 국제바이러스분류위원회(ICTV)는 SARS-CoV-2로 공식 명명했다. 한국어 번역으로는 SARS 코로나바이러스 2, SARS 코로나바이러스-2, 사스 코로나바이러스 2, 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2, 중증급성호흡기증후군(SARS) 코로나바이러스 2형 등으로 표기된다. WHO는 같은 날, 이 바이러스에 의한 질환을 COVID-19로 명명했다.

신종 코로나바이러스가 중국 우한에서 처음 확인된 것에 따라 우한 바이러스, 중국 바이러스라고 부르는 사람들도 있다. WHO 규정에서는 2015년 이후 새롭게 발견된 감염병이나 바이러스의 공식 명칭에 지역이나 사람의 이름 등을 붙이는 것은 차별이나 편견을 낳을 가능성이 있다고 하여 피해야 할 관행으로 하고 있다.

3. 분류

SARS-CoV-2는 코로나바이러스로 알려진 광범위한 바이러스군에 속한다. 이 바이러스는 양성 단일 가닥 RNA(+ssRNA) 바이러스이며, 사람을 포함한 포유류와 조류에 감염을 일으킨다. 사람에게는 감기에서 중동호흡기증후군(MERS)과 같은 심각한 질병까지 다양한 질병을 일으킬 수 있다. SARS-CoV-2는 229E, NL63, OC43, HKU1, MERS-CoV, SARS-CoV에 이어 사람에게 감염된 7번째 코로나바이러스이다.

SARS-CoV-2는 Sarbecovirus(베타-CoV 계통 B)에 속하며, RNA 서열은 약 30,000개의 염기로 구성되어 있다. 국제 바이러스 분류위원회는 2020년 2월 11일, SARS-CoV-2(당시 2019-nCoV)가 2003년 SARS 바이러스와 별개의 바이러스 종으로 분류하기에는 차이가 충분하지 않다고 발표하고, 중증급성호흡기증후군 관련 코로나바이러스의 바이러스로 확인했다.

SARS-CoV-2는 다양한 변이를 일으키며, 이들 변이는 더 큰 계통으로 분류할 수 있다. Nextstrain은 5개 계통(19A, 19B, 20A, 20B, 20C)으로, GISAID는 7개 계통(L, O, V, S, G, GH, GR)으로 분류한다.

3.1. 계통학 및 분류학

SARS-CoV-2는 코로나바이러스아과에 속하는 전도 기능 단일 가닥 RNA 바이러스(:en:Positive-sense single-stranded RNA virus)이다. 다른 코로나바이러스아과는 감기에서 중동호흡기증후군과 같은 더 심각한 감염증에 이르는 질병을 야기할 수 있다. 이 바이러스는 인간 코로나바이러스 229E, NL63, OC43, HKU1, MERS-CoV, SARS-CoV에 이어 인간을 감염시키는 것으로 알려진 7번째 바이러스이다. 유전체 서열은 대략 염기 3만 개이다.

SARS-CoV-2는 코로나바이러스로 알려진 광범위한 바이러스과에 속하며, 단일 선형 RNA 분절을 가진 양성 단일 가닥 RNA(+ssRNA) 바이러스이다. 2003년 SARS 발생과 관련된 SARS 관련 코로나바이러스와 마찬가지로 SARS-CoV-2는 아종 Sarbecovirus(베타-CoV 계통 B)에 속한다. RNA 서열은 길이가 약 30,000개의 염기이며, 코로나바이러스에 비해 상대적으로 길다. 코로나바이러스는 모든 RNA 과 중에서 가장 큰 게놈을 가지고 있다.

SARS-CoV-2의 특징은 다염기성 부위의 통합으로, 푸린에 의해 절단된다.이것은 독성을 증가시키는 중요한 요소로 보인다. 푸린 프로테아제는 표준 펩티드 서열 RX[R/K] R↓X를 인식하는데, 여기서 절단 부위는 아래쪽 화살표로 표시되고 X는 임의의 아미노산이다. SARS-CoV-2에서 인식 부위는 통합된 12개의 코돈 뉴클레오티드 서열 CCT CGG CGG GCA로 형성되며, 이는 아미노산 서열 P RR A에 해당한다.

2020년 2월 11일, 국제 바이러스 분류위원회는 뉴클레오티드의 다섯 개 보존된 서열을 기반으로 코로나바이러스 간의 계층적 관계를 계산하여, 당시 2019-nCoV로 불렸던 바이러스와 2003년 SARS 발생 바이러스 간의 차이가 별개의 바이러스 종으로 만들기에는 불충분하다고 발표했다. 따라서 2019-nCoV를 중증급성호흡기증후군 관련 코로나바이러스의 바이러스로 확인했다.

2020년 7월, 과학자들은 스파이크 단백질 변이체 G614를 가진 감염력이 더 강한 SARS-CoV-2 변이체가 유행병에서 D614를 대체하여 우세한 형태가 되었다고 보고했다.

전장 유전체 서열을 기반으로 한 SARS-CoV-2 및 관련 코로나바이러스의 계통 발생은 다음과 같다.

3.2. 변이

SARS-CoV-2에는 수천 가지의 변이체가 있으며, 이는 더 큰 계통(clade)으로 그룹화될 수 있다. 여러 가지 다른 계통 명명법이 제안되었다. Nextstrain은 변이체를 다섯 가지 계통(19A, 19B, 20A, 20B 및 20C)으로 나누는 반면, GISAID는 이를 일곱 가지(L, O, V, S, G, GH 및 GR)로 나눈다.

2020년 말에 SARS-CoV-2의 몇 가지 주목할 만한 변이체가 등장했다. 세계보건기구는 현재 다음과 같은 다섯 가지 우려 변이체를 선포했다.

* 알파(Alpha): B.1.1.7 계통은 2020년 9월 영국에서 발생했으며, 전파력과 병독성이 증가한 증거가 있다. 주목할 만한 돌연변이에는 N501Y와 P681H가 포함된다.
* 일부 B.1.1.7 계통 바이러스 입자에서 E484K 돌연변이가 관찰되었으며, 다양한 공중보건 기관에서도 추적하고 있다.
* 베타(Beta): B.1.351 계통은 2020년 5월 남아프리카 공화국에서 발생했으며, 전파력 증가와 항원성 변화에 대한 증거가 있으며, 일부 공중보건 관계자는 일부 백신의 효능에 미치는 영향에 대해 우려를 제기했다. 주목할 만한 돌연변이에는 K417N, E484K 및 N501Y가 포함된다.
* 감마(Gamma): P.1 계통은 2020년 11월 브라질에서 발생했으며, 전파력과 병독성 증가와 함께 항원성 변화에 대한 증거도 있다. 백신 효능에 대한 유사한 우려가 제기되었다. 주목할 만한 돌연변이에는 K417N, E484K 및 N501Y도 포함된다.
* 델타(Delta): B.1.617.2 계통은 2020년 10월 인도에서 발생했다. 전파력 증가와 항원성 변화에 대한 증거도 있다.
* 오미크론(Omicron): B.1.1.529 계통은 2021년 11월 보츠와나에서 발생했다.

다른 주목할 만한 변이체로는 WHO가 지정한 다른 6가지 조사 중인 변이체와 덴마크의 밍크에서 발생하여 밍크 안락사 캠페인으로 사실상 멸종된 클러스터 5가 있다.

2019년 신종 코로나바이러스는 유전체 서열 중 Sarbecovirus 아속의 이중 돌연변이 유전자인 TRS-1 (ACGGAT)이 확인됨으로써 Sarbecovirus 아속→박쥐 중증급성호흡기증후군-유사 코로나바이러스(Bat SARS-like coronavirus) 종→SARS-CoV-2 경로로 이중 돌연변이를 일으킨 자매 변종, 즉 Sarbecovirus 아속을 기준으로 할 때 SARS-CoV-2가 TRS-1 (ACGGAT)을 특징으로 하는 이중 돌연변이를 일으킨 변종이라는 것이다.

2020년 3월 5일 현재, 바이러스 병원체 데이터베이스에서 조사한 결과, 87.72%가 TRS-1 (ACGGAT)을 지니고 있어 Sarbecovirus 아속의 이중 돌연변이에서 그쳐 있지만, 12.28% 수준에서 상세불명의 돌연변이가 관찰되고 있다. 2020년 3월 5일 현재까지 단리된 SARS-CoV-2 균주 57개 중 50개(87.72%)는 TRS-1 (ACGGAT)을 가지고 있지만, 7개(12.28%)는 원인 미상의 돌연변이를 보이고 있다.

2020년 3월, 중국 연구팀은 중국 내외 103건의 바이러스 유전자 분석 결과, S형(전체의 30%)과 L형이라는 두 가지 유형으로 분류될 수 있다는 사실을 밝혔다. 바이러스 RNA의 28,144번째 염기의 차이에 따라 분류되며, 세린(Serine)이면 S형, 로이신(Leucine)이면 L형이 된다. 환자 대부분은 한 가지 유형에만 감염되었지만, 두 가지 유형 모두에 감염된 사례도 확인되었다.

* S형: 진화적으로 오래되었으며, 변이 전의 것으로 여겨진다. 공격성이 낮기 때문에 상대적으로 비율이 증가한 것으로 보인다.
* L형: 중국 우한시 초기 유행에서는 L형이 지배적이었다. 초기 보고에서는 L형이 더 공격적이고 더 빠르게 확산된다고 여겨졌다. 그러나, 나중에 "전파력이 강하다"는 점에 대해서는 수정되어 "빈도가 높다"로 표현이 변경되었다.
* K형: S형이 변이된 바이러스.
* G형: 중국 우한에서 많은 사망자를 낸 후, 미국과 이탈리아 등에서 폭발적인 감염을 일으킨 것으로 생각되는 유형이다. 전파력과 독성이 강하다.

4. 병원성

SARS-CoV-2는 지름이 대략 0.05~0.2µm인 바이리온이며, 각 바이리온의 지름은 60nm에서 140nm이다. 다른 코로나바이러스와 마찬가지로 SARS-CoV-2는 S(스파이크 단백질), E(외피 단백질), M(막 단백질), N(뉴클레오캡시드 단백질)의 4가지 구조 단백질을 갖는다. N 단백질은 RNA 유전체를 보유하고 있으며, S, E, M 단백질은 함께 바이러스 외피를 만든다.

코로나바이러스 S 단백질은 당단백질이자 I형 막 단백질(세포외 쪽에 단일 막관통 영역이 있는 막)이며, S1과 S2의 두 가지 기능적 부분으로 나뉜다. SARS-CoV-2에서 극저온 전자 현미경을 사용하여 원자 수준에서 이미징된 스파이크 단백질은 바이러스가 숙주 세포의 막에 부착하고 융합하는 것을 가능하게 한다. S1 소단위체는 부착을 촉매하고, S2 소단위체는 융합을 촉매한다.

SARS-CoV-2의 두드러진 특징 중 하나는 S1/S2 부위에 근연의 코로나바이러스에는 없는 4개의 아미노산 배열 [PRRA]의 삽입이 관찰된다는 것이다.

미 하원 외교 위원회・공화당 의원단에 의한 보고서에서는, SARS-CoV-2는 중국 우한 바이러스 연구소에서, 박쥐를 숙주로 하는 코로나바이러스 RaTG13을 소스로 하여, [PRRA]의 삽입이나 기타 유전자 개변을 실시하여, 인위적으로 만들어진 바이러스라고 주장하고 있다.

4.1. 전염

코로나바이러스는 주로 2m 반경 내의 기침이나 콧물에서 나오는 호흡기 비말을 통한 밀접 접촉으로 전파된다. 오염된 물건을 만진 후 눈, 코, 입을 만지는 것도 감염의 원인이 될 수 있다. SARS-CoV-2의 RNA는 감염된 환자의 대변 검사 표본에서도 발견되었다. 미국 질병통제예방센터는 고농도의 호흡기 분비물을 일으킬 수 있는 행동을 위한 공간 또한 전염 위험이 큰 것으로 평가한다.

바이러스가 사람에게 최초로 전염된 원인에 대해서는, 몇몇 국가에서 박쥐고기를 섭취하는 습관으로 인해 바이러스가 전파되었을 것이라는 전문가의 지적이 있다.

SARS-CoV-2의 사람 간 전파는 2020년 1월 20일 COVID-19 범유행 중에 확인되었다. 초기에는 주로 기침과 재채기를 통해 약 1.8m 범위 내에서 호흡기 비말을 통해 전파되는 것으로 추정되었다. 레이저 광 산란 실험에 따르면 말하기가 추가적인 전파 방식이며, 통풍이 거의 되지 않는 실내에서 멀리까지 영향을 미치는 전파 방식이라는 것을 시사한다. 다른 연구에서는 바이러스가 공기 매개될 수 있으며, 에어로졸이 바이러스를 전파할 가능성이 있다는 점을 시사했다. 사람 간 전파 중에 200~800개의 전염성 SARS-CoV-2 바이리온이 새로운 감염을 시작하는 것으로 생각된다. 오염된 표면을 통한 간접 접촉 또한 감염의 또 다른 원인일 수 있다. 예비 연구에 따르면 바이러스는 플라스틱(폴리프로필렌)과 스테인리스강(AISI 304)에서 최대 3일 동안 생존할 수 있지만, 판지는 1일 이내, 구리는 4시간 이내에 생존하지 못하는 것으로 나타났다. 비누는 바이러스의 인지질 이중층을 불안정하게 만들어 바이러스를 불활성화시킨다. 감염된 개인의 대변 샘플과 정액에서도 바이러스 RNA가 발견되었다.

바이러스가 잠복기 동안 얼마나 전염성이 있는지는 불확실하지만, 연구에 따르면 인두는 감염 후 약 4일 또는 증상 발생 첫 주에 바이러스량이 최고조에 달하고 그 후 감소하는 것으로 나타났다. SARS-CoV-2 RNA 배출의 기간은 일반적으로 증상 발현 후 3~46일이다.

노스캐롤라이나 대학교 연구팀의 연구에 따르면 비강이 SARS-CoV-2 발병 기전에서 폐로의 후속 흡인 매개 바이러스 파종을 포함하여 최초 감염의 주요 부위인 것으로 보인다.

연구에 따르면 고양이, 족제비, 햄스터, 비인간 영장류, 밍크, 나무토끼, 너구리, 과일박쥐, 토끼 등 다양한 동물이 SARS-CoV-2 감염에 취약하고 허용되는 것으로 확인되었다.

2020년 2월 1일, 세계보건기구(WHO)는 "무증상 감염자로 인한 전파는 주요 전파 요인이 아닐 가능성이 크다"라고 밝혔다. 한 메타분석에 따르면 감염자의 17%가 무증상이며, 무증상 감염자는 바이러스를 전파할 가능성이 42% 낮았다.

그러나 중국에서 발생한 초기의 역학 모델은 "증상 발현 전 배출이 확인된 감염자들 사이에서 일반적일 수 있다"는 점과 잠복 감염이 대부분의 감염 원인이었을 수 있다는 점을 시사했다. 이는 몬테비데오에 정박한 유람선에 탑승한 217명 중 바이러스 RNA 양성 반응을 보인 128명 중 24명만이 증상을 보인 이유를 설명할 수 있다. 마찬가지로, 2020년 1월과 2월에 입원한 94명의 환자를 대상으로 한 연구에 따르면 환자들은 증상이 나타나기 2~3일 전부터 바이러스를 배출하기 시작했으며, "전파의 상당 부분은 원발 감염자에서 첫 증상이 나타나기 전에 발생했을 가능성이 크다"고 추정했다. 저자들은 나중에 증상이 나타나기 4~5일 전부터 배출이 시작되었다는 것을 보여주는 수정 내용을 발표했다.

코로나바이러스의 스파이크 단백질은 크게 S1, S2라는 두 개의 서브유닛으로 구성되어 있으며, S1은 ACE2 수용체와의 결합을, S2는 숙주 세포막과의 융합을 담당한다. SARS-CoV-2에는 SARS 코로나바이러스와 달리, 스파이크 단백질에 감염력과 병원성을 높이는 후린 절단 부위가 존재한다.

SARS-CoV-2의 두드러진 특징 중 하나는 S1/S2 부위에 근연의 코로나바이러스에는 없는 4개의 아미노산 배열 [PRRA]의 삽입이 관찰된다는 것이다.

2020년에, 미국 텍사스 대학교 의과대학을 중심으로 하는 연구팀은, SARS-CoV-2 야생형 오리지널 RNA 배열에서 S 단백질의 [PRRA]에 해당하는 유전 정보만을 삭제한 ΔPRRA라고 명명된 변이종을 합성하고, Calu-3 세포(실험용으로 배양한 인간 폐 선종 세포)를 사용하여, SARS-CoV, SARS-CoV-2 야생형, SARS-CoV-2 ΔPRRA 변이주 3종류의 바이러스 감염 실험을 실시하여 비교 검토를 실시했다.

이 연구에 따르면, 감염 세포에서 방출되는 딸 바이러스의 S1/S2 절단률은 SARS-CoV가 1.4%, SARS-CoV-2 야생형이 87.3%, ΔPRRA 변이주가 33.1%이며, ΔPRRA 변이주에서는 [PRRA] 이외에 S1/S2 절단을 촉진하는 기전이 있다고 생각되었다. 바이러스 역가를 기준으로 한 감염력 비교에서는, 야생형이 ΔPRRA 변이주에 대해 약 10배 감염력이 높다는 것이 나타났다.

2021년 8월 1일에 발표된, 미 하원 외교 위원회・공화당 의원단에 의한 보고서에서는, 이 텍사스 대학을 중심으로 하는 연구를 인용하고, 또 다른 정황 증거를 제시하여, SARS-CoV-2는 중국 우한 바이러스 연구소에서, 박쥐를 숙주로 하는 코로나바이러스 RaTG13을 소스로 하여, [PRRA]의 삽입이나 기타 유전자 개변을 실시하여, 인위적으로 만들어진 바이러스라고 주장하고 있다.

SARS-CoV-2의 기본 재생산수(R₀) 추정치에 대한 많은 미검증 연구는 수치에 차이가 있으며 평가도 엇갈리지만, R₀는 1.4에서 3.9로 추정된다. 이는 방역이 전혀 이루어지지 않은 상태에서 SARS-CoV-2는 일반적으로 감염자 1명당 1.4명에서 3.9명의 신규 감염자를 발생시킨다는 것을 의미한다. 다른 미검증 연구에서는 R₀를 3.30에서 5.47로, 2.13에서 4.82로 추정하는 연구도 있다.

4.2. 병원소

SARS-CoV-1과 MERS-CoV에 의해 발생한 두 차례의 동물 매개 코로나바이러스 전염병에 이어, SARS-CoV-2가 인간을 감염시키는 병원체로 등장하였다.

최초 감염은 중국 우한에서 발견되었다. 초기 감염자 중 상당수가 우한 화난 수산물 도매시장 종사자였기 때문에 바이러스가 시장에서 유래했을 가능성이 제기되었다. 그러나 다른 연구에서는 방문객이 시장에 바이러스를 유입시켜 감염이 확산되었다는 주장도 제기되었다. 2021년 3월 WHO 주최 보고서에서는 중간 동물 숙주를 통한 인간 유출이 가장 가능성이 높은 설명이며, 박쥐로부터의 직접 유출이 그 다음으로 가능성이 높다고 밝혔다. 식품 공급망과 우한 화난 수산물 도매시장을 통한 유입도 가능성이 있지만, 낮다고 평가되었다. 그러나 2021년 11월 분석에서는 가장 초기 알려진 사례가 잘못 식별되었으며, 화난 시장과 관련된 초기 사례의 대부분이 시장을 근원으로 지지한다고 밝혔다.

2002년-2004년 SARS 발생을 일으킨 바이러스의 자연 숙주에 대한 연구 결과, 말굽박쥐에서 유래한 많은 SARS 유사 박쥐 코로나바이러스가 발견되었다. 2022년 2월 네이처(잡지)에 발표된 가장 가까운 일치 바이러스는 라오스 푸앙에서 세 종류의 박쥐에서 채취된 BANAL-52(SARS-CoV-2와 96.8% 유사), BANAL-103 및 BANAL-236이었다. 2020년 2월에 발표된 이전 자료에서는 중국 윈난성 모장의 박쥐에서 채취된 RaTG13 바이러스가 SARS-CoV-2와 가장 가까우며, 96.1% 유사하다고 밝혔다.

박쥐는 SARS-CoV-2의 가장 가능성 있는 자연 숙주로 간주된다. 그러나 박쥐 코로나바이러스와 SARS-CoV-2의 차이점은 인간이 중간 숙주를 통해 감염되었을 가능성을 시사하지만, 인간에게 유입된 원인은 여전히 밝혀지지 않았다.

천산갑이 중간 숙주 역할을 했다는 주장이 제기되었지만, 후속 연구에서는 이러한 기여를 입증하지 못했다. 광둥성에서 압수한 천산갑에서 얻은 샘플은 SARS-CoV-2 게놈과 92%만 동일했다. 또한, 일부 중요한 아미노산의 유사성에도 불구하고, 천산갑 바이러스 샘플은 인간 ACE2 수용체에 대한 결합력이 낮다.

4.3. 구조 생물학

SARS-CoV-2 바이러스 입자는 직경이 대략 0.05~0.2µm이다. 극상돌기(S) 단백질의 원자 수준 이미지는 저온전자현미경으로 고안되었다.

각 SARS-CoV-2 바이리온의 지름은 60nm에서 140nm이며, 전 세계 인구 내에서 그 질량은 0.1~10kg으로 추정된다. 다른 코로나바이러스와 마찬가지로 SARS-CoV-2는 S(스파이크(단백질)), E(외피), M(막), N(뉴클레오캡시드) 단백질로 알려진 4가지 구조 단백질을 가지고 있다. N 단백질은 RNA 유전체를 보유하고 있으며, S, E, M 단백질은 함께 바이러스 외피를 만든다. 코로나바이러스 S 단백질은 당단백질이자 I형 막 단백질(세포외 쪽에 단일 막관통 영역이 있는 막)이다. 이들은 두 가지 기능적 부분(S1과 S2)으로 나뉜다. SARS-CoV-2에서 극저온 전자 현미경을 사용하여 원자 수준에서 이미징된 스파이크 단백질은 바이러스가 숙주 세포의 막에 부착하고 융합하는 것을 가능하게 하는 단백질이다. 구체적으로, S1 소단위체는 부착을 촉매하고, S2 소단위체는 융합을 촉매한다.

바이러스 입자(비리온)는 50nm에서 200nm 정도의 크기이다. 일반적인 코로나바이러스와 마찬가지로, S(스파이크) 단백질, N(핵캡시드(뉴클레오캡시드) 단백질), M(막) 단백질, E(엔벨롭) 단백질로 알려진 4가지 단백질과 RNA로 구성되어 있다. 이 중 N 단백질이 RNA와 결합하여 핵캡시드를 형성하고, 지질과 결합한 S, E 및 M 단백질이 그 주위를 둘러싸서 엔벨롭을 형성한다. 엔벨롭의 가장 바깥쪽에 위치하는 S 단백질은 세포 표면의 안지오텐신 전환 효소 2(ACE2) 수용체에 결합하여 세포 감염을 가능하게 한다. 인체 감염에 ACE2 수용체를 이용하는 점은 SARS 코로나바이러스(SARS-CoV)와 같으며, DPP-4 수용체를 이용하는 MERS 코로나바이러스(MERS-CoV)나, 아미노펩티다제 N (APN)을 이용하는 인간 코로나바이러스 229E와는 다르다.

단백질의 1차 구조 및 RNA 서열의 SARS 코로나바이러스와의 상동성은 S 단백질이 76.0%, N 단백질이 90.6%, M 단백질이 90.1%, E 단백질이 94.7%, RNA가 80%이다. 반면 같은 베타코로나바이러스이지만 다른 종인 MERS 코로나바이러스와는 각각 4.6%, 7.6%, 6.3%, 30.5%, 50%만 일치한다.

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5. 증상

2019년 신종 코로나바이러스가 야기하는 질병은 WHO에서 2019년 신종 코로나바이러스 급성 호흡기 감염병이라 임시적으로 명명했다. 2020년 2월 2일경 동료 평가된 임의 통제 시험에 대한 체계적 고찰의 의미상의 임상 연구 표준에서 확증된 치료는 확보할 수 없어서 열, 마른 기침, 숨가쁨을 포함할 만한 증상 완화에 주안점을 둔다.

폐렴, 신부전, 또 심각한 감염의 경우 사망에 이를 수 있다. 2020년 1월 23일 발행된 문헌에서 WHO 사무총장 테워드로스 아드하놈 거브러이여수스에 따르면 감염자 중 1/4이 심각한 질환을 경험하였으며 사망자 중 다수가 고혈압, 당뇨병, 심혈관계 질환 등 면역계 손상이 있었다. 병원에 이송된 사람들 대부분이 입원 당시에는 활력 징후가 안정적이었으며 이들에게서 백혈구감소증과 림프구감소증이 보고되었다.

6. 진단

2019년 신종 코로나바이러스는 인두 면봉법, 직장 면봉법, 소변 표본과 혈액 표본을 통해 실시간 중합효소연쇄반응을 하거나, 진단 표본 출처에서 온 역전사 중합효소 연쇄반응에 따라 실험실 확진을 해 진단한다. 환자의 역학적 내력∙변천∙발달, 과거 병력, 개인 병력, 증상, 징후, 백혈구 수, 생화학 검사(혈액 검사), 컴퓨터단층촬영 이미지 등 임상 특징이 기록된다.

이 중 과거 병력을 묻는 이유는 2019년 신종 코로나바이러스가 속한 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스라는 종(사실 변종)의 극상돌기 단백질이 안지오텐신 전환 효소 II(:en:Angiotensin-converting enzyme 2) 수용체에 대한 충분한 결합력을 이용해 세포에 진입하는 기전을 지니고 있는데, 이 유전자로 인해 해당 감염증에 더 취약한 고혈압, 심부전, 뇌졸중, 심근 경색, 당뇨신장병 기저 질환자에게 의료인이 응급 시 사전 조치를 취하는 데 도움을 줄 수 있게 하기 위해서이다.

2020년 2월 27일 질병관리본부는 코로나19 바이러스 유전자 분석 중간 결과를 발표하였다. 결과에 따르면 바이러스가 인체에 침입하는데 주요한 역할을 하는 세포결합부위, 바이러스 증식과 병원성 등을 담당하는 유전자에서 변이가 검출되지 않았다. 한국 포함 총 16개국에서 발표한 코로나19 바이러스 유전자 염기서열 103건과 비교했을 때 일치율은 99.89~100%를 보였다. 정은경 본부장은 "코로나19 바이러스 유전자 변이가 없다는 것은 돌연변이로 인한 독성변화나, 유전자 검사 등의 오류 우려가 아직까지 없다는 것을 의미한다"며, "현재 세포에서의 증식성 및 사람 코로나바이러스 항체와의 교차반응에 대한 분석을 진행하고 있으므로, 예방과 대응을 위한 보다 상세한 분석결과가 곧 제시될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

7. 임상적 치료

2019년 신종 코로나바이러스는 보통 항바이러스제 치료, 항생제 치료, 대증 요법, 그리고 지지 치료를 포함하는 종합 치료로 대처한다.

진단이 필요한 사람은 후베이성 거주 및 여행의 역학적 내력이 있거나 지난 2주 동안 의심자와 확진자에 노출(호흡기 분비물을 고농도로 생성할 법한 과정에 대한 공간이나 대합실의 간병∙간호, 생활, 방문, 공유 중 밀접 접촉)된 경우로서 발열, 피로, 근육통, 두통, 기침, 객담 생산, 가슴통증(:en:chest tightness), 호흡곤란 등 증상을 보이는 사람을 말하며, 백혈구 감소나 림프구 감소 또는 단순흉부방사선사진이나 흉부 컴퓨터단층촬영상 바이러스성 폐렴의 전형적 발견 소견을 보인다.

단순 흉부방사선사진을 찍거나 흉부 컴퓨터단층촬영을 하는 이유는 치료 중 변화를 확인하기 위함이며, 비록 2번 연속 결과에서 음성이면 완치된 것으로 볼 수도 있지만, 임상 표준상으로는 퇴원 허용 시간인 회복 시간이 28일(4주)이다.

Lopinavir 200mg/Ritonavir 50mg는 위장 장애, 무증상 서맥, 간 기능이상, 두통, 흐려 보임의 아주 흔한 부작용과 수혈이 필요한 2 g/dl 이하의 헤모글로빈 감소, 급성 호흡 곤란 증후군의 흔한 부작용이 있지만, 위독한 상태에서 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 아종에 의한 부작용을 줄여준다.

2022년 :en:John Wiley & Sons, Inc.에서 출판된 한 체계적 고찰(:en:systematic review)에서 현재 :en:Nirmatrelvir/ritonavir(팍스로비드)가 코로나바이러스감염증-19 무증상 및 경도 유증상 감염자에게 변이여도 공유하는 3C 유사 단백질분해효소(:en:3C-like protease)에 항바이러스제로 작용해 사망률은 96%, 28일 내 입원 및 사망률은 87% 낮추고, 28일까지 삶의 질은 66% 개선하며, 연구 기간 중 치료 관련 부작용은 아주 흔하게 늘리더라도 연구 기간 중 응급 부작용은 5%, 금단 증상은 51% 줄이는 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.

2021년 12월에 미국은 이 바이러스의 치료를 위해 :en:Nirmatrelvir/ritonavir에 대한 긴급 사용 승인을 인정했고, 유럽 연합, 영국 및 캐나다도 곧 정식 승인 절차를 따랐다.

8. 치료 후보 연구

이와 병행하여, 2020년 1월부터 잠재적 치료법을 찾기 위한 여러 탐색적 예비조사가 시작되었다. 중국 질병 관리 예방 센터에서는 1월 말에 기존 폐렴 치료법이 코로나바이러스 관련 폐렴 치료에 효과가 있는지 시험하기 시작했다. 현재 특정한 치료법은 없으나 항바이러스제에 관한 연구가 진행 중이다. 인디나비르([:en:indinavir]), 사퀴나비르([:en:saquinavir]), 로피나비르/리토나비르([:en:lopinavir/ritonavir])와 같은 항레트로바이러스(:en:Antiretroviral) 인간면역결핍 I 단백질분해효소(:en:HIV-1 protease) 억제제를 포함한 기존 항바이러스제의 효과를 조사하는 연구도 1월 말에 이미 시작되었다. 중증급성호흡기증후군 및 2019-nCoV에 대항하여 조사 중인 신약 렘데시비르([:en:Remdesivir])라는 RNA 중합효소 억제제(polymerase inhibitor), 라싸열과 에볼라 출혈열에 대항하여 조사 중인 신약 트리아자비린([:en:triazavirin]), 항바이러스 단백질인 베타인터페론([:en:interferon beta]), 이전에 식별된 단일 복제 항체(:en:Monoclonal antibody)에 대한 고찰도 가능한 치료법으로 같은 시기 즈음에 시작되었다. RNA-의존 RNA 중합효소(:en:RNA-dependent RNA polymerase) 억제제, 비구조 단백 억제제(:en:NS5B inhibitor) 및 C형 간염 치료제인 소포스부비르([:en:Sofosbuvir])의 효과를 연구하는 계획도 2020년 1월 말에 시작되었다. 노르웨이 과학기술대학교 연구진은 인간에게 안전한 광범위 항바이러스제 120개로 된 데이터베이스를 만들어 2019년 신종 코로나바이러스 치료제 후보 31개를 식별했다.

2020년 1월 말, 중국 연구 의료진은 중증급성호흡기증후군 및 2019-nCoV에 대항하여 조사 중인 신약 렘데시비르, 말라리아 치료제인 클로로퀸, 항레트로바이러스 인간면역결핍 I 단백질분해효소 억제제인 로피나비르/리토나비르에 대한 임상 시험을 시작할 뜻을 표현했는데, 이 약제들은 모두 탐색적 예비조사(:en:Exploratory research)상 세포 수준에서 2019년 신종 코로나바이러스에 '꽤 좋은 억제 효과'를 보였다. 2020년 태국의 의사는 한 환자가 인간면역결핍 바이러스 I 단백질분해효소 억제제인 로피나비르/리토나비르와 독감 약인 오셀타미비르를 병용해 한 환자를 성공적으로 치료했다고 주장했다.

SARS-CoV-2를 효과적으로 억제하는 약물은 매우 적다. 마시티닙(Masitinib)은 SARS-CoV-2 주요 프로테아제(main protease)를 억제하는 것으로 밝혀졌으며, 마우스의 폐와 코에서 바이러스 역가(viral titers)를 200배 이상 감소시켰지만, 사람의 COVID-19 치료에는 승인되지 않았다. 2021년 12월, 미국(United States)은 팍스로비드(Nirmatrelvir/ritonavir)에 대해 긴급사용승인(emergency use authorization)을 부여했다. 유럽연합(European Union), 영국(United Kingdom), 캐나다(Canada)도 이어서 정식 승인했다. 한 연구에 따르면, 팍스로비드는 입원 및 사망 위험을 88% 감소시켰다.

COVID Moonshot은 2020년 3월에 시작된 국제적인 협력 오픈 사이언스(open-science) 프로젝트로, SARS-CoV-2 치료를 위한 특허가 없는 경구용(oral) 항바이러스제(antiviral drug) 개발을 목표로 한다.

9. 백신 연구

2020년 1월, 여러 단체 및 기관에서 공개된 게놈을 기반으로 코로나바이러스감염증-19 감염자를 치료하기 위한 백신 개발에 착수했다.

중국 질병예방통제센터는 신종 코로나바이러스에 대항하는 백신을 개발 중이다. 홍콩대학교의 윈궉융 교수팀도 백신을 개발 중이지만 아직 동물 실험을 진행해야 한다고 발표했다. 동부 상하이병원도 생명공학 회사인 스테미르나(Stemirna) 제약과 협력하여 백신을 개발 중이다.

생명공학기술 회사 모더나(Moderna)와 퀸즐랜드 대학교의 연구를 포함한 3건의 백신연구 프로젝트는 전염병예방혁신연합(CEPI)으로부터 지원받는다. 미국 국립보건원(NIH)은 모더나와 협력하여 신종 코로나바이러스 표면 돌기와 일치하는 RNA 백신을 개발하고 있으며, 2020년 5월부터 생산하는 것을 목표로 하고 있다. 오스트레일리아에서는 퀸즐랜드 대학교에서 바이러스성 단백질을 유전적으로 변형시켜 코로나바이러스를 모방하게 하고, 면역반응을 촉진시키는 분자 클램프 백신을 연구하고 있다.

출판된 문헌에서 가장 잘 검토(review)된 백신은 :en:Pfizer–BioNTech COVID-19 vaccine으로서 1차 접종 뒤 14일 이후 2차 접종 시에는 6개월 동안의 위중증 예방 효과가 있고, 보건 종사자(health care workers)에게는 6.1%의 흔한 돌파 감염(:en:Breakthrough infection)이 있었지만 무증상이거나 경도 유증상(asymptomatic or mildly symptomatic)인 것으로 나타났다.

10. 병리학

SARS-CoV-2의 알려진 유전체 배열에서 확인되는 변이량이 낮은 점을 고려하면, 이 바이러스 균주는 2019년 말 인간 개체군 사이에서 나타나기 몇 주 전에 보건당국에 발견되었다. 이 바이러스는 이후 중국의 다른 성 및 아시아, 유럽, 북미, 오세아니아의 114개 이상 국가로 전파되었다. 인간 대 인간 전염은 학계에서 확인되었다.

이 바이러스의 기초감염재생산수(R0, R Zero라고 읽음)는 1.4명에서 3.9명 사이이다. 이는 방치할 경우 이 바이러스가 기존 1감염당 1.4명 내지 3.9명의 새로운 환자를 낳는다는 의미이다.

2020년 4월, 영국 케임브리지 대학교 등의 보고에 따르면 이 바이러스는 A, B, C의 세 가지 유형으로 분류될 수 있다고 했다. A형은 중국의 박쥐 유래 바이러스와 유사하며, 중국과 일본의 감염자에게서도 발견되었지만 미국과 오스트레일리아의 감염자가 더 많았다. A형에서 변이된 B형은 우한시를 중심으로 중국과 주변 국가에서 폭발적으로 증가한 것으로 보이며, 유럽 등으로 확산된 사례는 적었다. B형에서 변이된 C형은 이탈리아, 프랑스, 영국 등 유럽에서 많았다.

일본 바이오데이터의 사전 검토 논문에서는 바이러스 RNA 서열 중 8,782번째, 28,144번째, 29,095번째 염기에 주목하여, 이 바이러스를 TCC, TCT, CTC의 세 가지 유형으로 분류했다. TCC와 TCT는 중국 그룹이 제시하는 S형, 영국 그룹이 제시하는 A형에 해당한다. 또한 CTC는 중국 그룹이 제시하는 L형, 영국 그룹이 제시하는 B형 및 C형에 해당한다.