SARS-CoV-2 베타 변이

1. 개요

베타 변이는 SARS-CoV-2 바이러스의 변이 중 하나로, 남아프리카 공화국에서 처음 발견되어 '남아프리카공화국 변이'로도 불린다. 2020년 12월 영국에서 처음 확인된 이후 여러 국가에서 발견되었으며, 2021년 5월 세계보건기구(WHO)는 그리스 문자를 사용하여 '베타'로 명명했다. 베타 변이는 스파이크 단백질의 돌연변이로 인해 인체 세포에 더 쉽게 부착될 수 있으며, 기존 백신의 효능을 감소시킬 수 있다는 연구 결과가 보고되었다. 2021년 7월 기준 전 세계 103개국에서 28,380건의 확진 사례가 보고되었으며, 2022년 3월 WHO는 베타 변이를 이전에 유행했던 변이로 분류했다.

2. 명칭

이 변이는 흔히 베타 변이 또는 남아프리카공화국 변이라고 불린다. 2020년 5월 남아프리카공화국에서 처음 발견되었으며, 이후 B.1.351 계통으로 명명되었다. 2021년 5월 말, 세계보건기구(WHO)는 우려되는 변이에 그리스 문자를 사용하는 새로운 명명 정책을 도입하여 B.1.351 계통에 베타(β)라는 이름을 붙였다.

3. 특징

베타 변이는 남아프리카 변이라고도 불리며, 바이러스의 스파이크 단백질에 여러 변이가 있어 인체 세포 부착을 용이하게 한다. 특히 주목할 만한 변이 3가지는 다음과 같다.

* K417N
* E484K
* N501Y

이 외에도 L18F, D80A, D215G, R246I, A701V를 포함해 덜 우려되는 5가지 스파이크 단백질 변이가 있다. 스파이크 영역 외에도 K1655N, SGF 3675-3677 결손, P71L, T205I 변이도 포함한다.

과학자들은 이 변이가 수용체 결합 영역(RBD)에 있는 스파이크 단백질의 3가지 변이(N501Y, K417N, E484K) 때문에 인체 세포에 더 쉽게 부착될 수 있다고 지적했다. N501Y는 아미노산 위치 501에서 아스파라긴(N)이 티로신(Y)으로 변화된 것이다. E484K와 N501Y는 RBD의 수용체 결합 모티프(RBM) 내에 있다.

N501Y 변이는 영국에서도 발견되었지만, E484K와 K417N은 알파 변이에서는 발견되지 않는다. 또한 베타 변이에는 다른 변이에서 발견되는 69-70del 돌연변이가 없다.

2020년 12월 18일, 남아프리카공화국 보건부는 이 변이가 기저 질환이 없는 젊은 층에서 유병률이 높고, 다른 변이에 비해 중증 질환을 더 자주 유발하는 경향이 있다고 보고했다. 또한, 이 변이가 다른 초기 변이보다 빠르게 확산되어 남아공 내 COVID-19 팬데믹의 2차 유행을 주도했을 가능성이 있다고 밝혔다.

베타 변이의 주요 아미노산 변화는 다음 표와 같다.

4. 돌연변이

B.1.351 계통 게놈의 돌연변이는 스파이크 영역에 집중되어 있으며, 특히 K417N, E484K, N501Y 세 가지 돌연변이가 주목할 만하다. 이 외에도 L18F, D80A, D215G, R246I, A701V를 포함한 다섯 가지 스파이크 돌연변이가 추가로 존재하지만, 이들은 상대적으로 덜 우려된다. 스파이크 영역 외에도 K1655N, SGF 3675-3677 결손, P71L, T205I와 같은 돌연변이도 발견된다.

N501Y는 아스파라긴(N)이 티로신(Y)으로 바뀐 것으로, 인간 세포와의 결합력을 높이는 것으로 알려져 있다. E484K와 N501Y는 바이러스의 수용체 결합 영역(RBD) 내 수용체 결합 모티프(RBM)에 위치한다.

N501Y 돌연변이는 영국에서 발견된 변이에서도 나타난다. 반면, 베타 변이에서 발견된 E484K와 K417N은 알파 변이에서는 발견되지 않으며, 다른 변이에서 흔히 발견되는 69-70del 돌연변이도 베타 변이에는 없다.

4.1. 상세 돌연변이 목록

5. 백신 효능

베타 변이는 기존 COVID-19 백신의 효능을 감소시킬 수 있다는 우려가 제기되었다. 2021년 1월, 영국의 면역학자 존 벨 경은 베타 변이에 대해 백신이 효과적이지 않을 수 있다는 "큰 의문점"이 있다고 언급했다. 위트워터스랜드 대학교 백신학 교수 샤비르 마디는 백신이 완전한 효능을 발휘하지 못할 수 있다는 점을 고려해야 한다고 말했다. 리딩 대학교 세포 미생물학 부교수 사이먼 클라크와 워릭 대학교 바이러스학자 로렌스 영은 베타 변이의 스파이크 단백질 돌연변이가 면역 보호를 약화시킬 수 있다고 지적했다.

특히, 수용체 결합 도메인(RBD) 돌연변이인 E484K 아미노산 변화는 "중화 항체로부터의 탈출과 관련이 있다"고 보고되었는데, 이는 스파이크 단백질 의존성 COVID 백신의 효능에 악영향을 미칠 수 있다. E484K 돌연변이는 브라질에서 베타 변이 재감염 사례와 관련이 있는 것으로 나타났다. 이러한 항원성 변화 가능성은 기존 백신을 새로운 변이에 대응하도록 업데이트해야 할 필요성을 시사한다.

5.1. 백신별 효능 연구 결과

Janssen^영어 백신 (JNJ-78436735)에 대한 남아프리카 공화국 임상 시험에서 존슨앤드존슨은 중등도에서 중증의 COVID-19 감염 예방 효과가 미국에서는 72%였지만, 남아프리카 공화국에서는 64%였다고 보고했다.

화이자-바이오엔텍 백신(BNT162b2)은 2021년 4월 1일 남아프리카공화국 백신 시험 업데이트에서 100% 효과를 보였으나(백신 접종자 중 감염 사례 없음), 위약 대조군 감염 9건 중 6건이 베타 변이였다. 그러나 9일 후 이스라엘 연구에서는 백신 2차 접종 완료자에게서 베타 변이 유병률이 야생형 변이에 비해 8배 높게 나타났다.

옥스퍼드-아스트라제네카 COVID-19 백신(AZD1222)은 남아프리카공화국의 비트바테르스란트대학교와 옥스퍼드대학교 공동 연구의 잠정 시험 데이터에서 베타 변이에 대한 효능이 감소한 것으로 나타났다. 2,000명 대상 연구에서 AZD1222 백신은 가장 심각한 COVID-19 사례를 제외하고 "최소한의 보호"만 제공했다. 2021년 2월 7일 남아프리카공화국 정부는 약 100만 회분의 백신 배포 계획을 중단하고, 이후 백신 사용을 취소, 다른 아프리카 국가에 공급량을 판매하고 얀센 COVID-19 백신으로 예방접종 프로그램을 전환했다.

Moderna^영어는 2021년 2월 남아공 변이에 대한 항체가 일반 코로나19에 비해 6분의 1로 감소한다고 발표했으며, 남아공 변이에 대한 새로운 백신 개발에 착수했다.

노바백스 COVID-19 백신(NVX-CoV2373) 연구에서는 남아프리카공화국에서 HIV 음성 참가자의 경우 60%의 효능을 보였다.

아스트라제네카사의 백신(AZD1222)은 B.1.351 변이 바이러스에 대한 효과가 낮다고 여겨진다.

6. 역학

연구자들과 관계자들은 이 변이 바이러스의 유행이 기저 질환이 없는 젊은 사람들에게서 더 높게 나타났고, 다른 변이 바이러스들보다 이러한 경우 심각한 질병을 더 자주 유발한다고 보고했다. 남아프리카공화국 보건부는 이 변이 바이러스가 이 나라에서 코로나19 범유행의 두 번째 유행을 주도하고 있을 수 있다고 밝혔는데, 이는 이 변이 바이러스가 이전의 다른 바이러스 변이보다 더 빠르게 확산되기 때문이다.

2020년 12월 23일, 맷 핸콕 영국 보건부 장관은 남아프리카 공화국에서 영국으로 여행한 두 사람이 베타 변이에 감염되었다고 발표했다. 2021년 1월 2일에는 대한민국에서 이 변이의 첫 번째 사례가 검출되었다.

6.1. 국가별 확진자 수 (2021년 7월 21일 기준)

2021년 7월 21일 기준 GISAID 데이터에 따르면, SARS-CoV-2 베타 변이는 전 세계 103개국에서 총 28,380건이 보고되었다. 남아프리카공화국에서 6,154건으로 가장 많은 사례가 보고되었으며, 대한민국에서는 19건의 사례가 보고되었다.

7. 소멸

2022년 3월, 세계보건기구(WHO)는 수주 또는 수개월 동안 감염 사례가 감지되지 않았다는 점을 들어 알파, 베타, 감마 변이를 이전에 유행했던 변이로 분류했다.