SARS-CoV-2 알파 변이

1. 개요

알파 변이는 2020년 9월 영국에서 처음 발견된 SARS-CoV-2의 변이 바이러스이다. 이 변이는 N501Y 돌연변이로 인해 전파력이 기존 바이러스보다 더 높고, 특정 증상을 유발하며, 2021년 초 유럽과 북미 지역에서 빠르게 확산되었다. 알파 변이는 신속 항원 검사로 진단이 가능하나, 백신 효과를 감소시키는 돌연변이의 발생으로 인해 백신 업데이트의 필요성이 제기되었다. 2021년 10월, 델타 변이의 확산으로 인해 알파 변이는 사라졌다.

2. 분류

알파 변이는 여러 이름으로 불린다. 영국 외 지역에서는 "영국 변이", "영국 변이체", "잉글랜드 변이체" 등으로 불린다. 영국 내에서는 발견 지역인 켄트를 따서 "켄트 변이체"라고도 부른다.

과학적인 용어로는, 영국 공중보건청(PHE)에 의해 2020년 12월 조사 대상 변이체(VUI – 202012/01)로 처음 명명되었고, 이후 우려 변이체(VOC-202012/01)로 재분류되었다. COVID-19 유전체 영국 컨소시엄(COG-UK 컨소시엄) 보고서에서는 명명된 전 세계적 발병 계통의 계통 발생적 할당(pangolin) 도구를 사용하여 "계통 B.1.1.7"이라고 불렀고, 넥스트스트레인은 "20I/501Y.V1"이라고 불렀다. 2021년 5월 말, 세계보건기구(WHO)는 우려되는 변이 바이러스(VOC) 및 주목할 만한 변이 바이러스(VOI)에 그리스 문자를 사용하는 새로운 지침을 도입한 후, 계통 B.1.1.7에 알파(α) 라벨을 할당했다.

2.1. 명칭

알파 변이는 다양한 이름으로 불린다. 영국 외 지역에서는 "영국 변이", "영국 변이체", "잉글랜드 변이체" 등으로 불린다. 영국 내에서는 발견 지역인 켄트를 따서 "켄트 변이체"라고도 불린다.

과학적인 용어로는, 영국 공중보건청(PHE)에 의해 2020년 12월 조사 대상 변이체(VUI – 202012/01)로 처음 명명되었다. 2020년 12월 21일 PHE 보고서에서 우려 변이체(VOC-202012/01)로 재분류되었다. COVID-19 유전체 영국 컨소시엄(COG-UK 컨소시엄) 보고서에서는 명명된 전 세계적 발병 계통의 계통 발생적 할당(pangolin) 도구를 사용하여 "계통 B.1.1.7"이라고 불렀고, 넥스트스트레인은 "20I/501Y.V1"이라고 불렀다. 2021년 5월 말, 세계보건기구(WHO)는 우려되는 변이 바이러스(VOC) 및 주목할 만한 변이 바이러스(VOI)에 그리스 문자를 사용하는 새로운 지침을 도입한 후, 계통 B.1.1.7에 알파(α) 라벨을 할당했다.

3. 유전자 프로파일

COVID-19 Genomics UK Consortium에 따르면, SARS-CoV-2는 스파이크 단백질에서만 4,000개 이상의 변이가 검출되었다.

B.1.1.7 계통은 총 23개의 변이로 정의되는데, 14개의 비동의 변이, 3개의 결실, 그리고 6개의 동의 변이(단백질을 변화시키는 17개의 변이와 변화시키지 않는 6개의 변이)를 포함한다.

4. 증상

임페리얼 칼리지 런던의 연구에 따르면, 알파 변이 감염자에게서 오한, 식욕 부진, 두통, 근육통 등의 증상이 더 흔하게 나타났다. 기존 코로나19의 전형적인 증상(기침, 발열, 미각/후각 상실 등)도 나타날 수 있다.

5. 진단

SARS-CoV-2에 대한 신속항원검사는 알파 변이 검출에 유용하다. 영국 공중보건청(PHE)은 영국에서 사용되는 신속검사가 알파 변이를 검출할 수 있다고 확인했다. 특정 변이에 대한 RT-PCR 검사는 알파 변이에 대한 대리 검사 또는 전장 유전체 시퀀싱을 수행하기 전의 보충적인 1차 선별 검사로 사용할 수 있다.

6. 예방

2020년 하반기에 여러 COVID-19 백신이 출시되거나 개발 중이었다. SARS-CoV-2는 인플루엔자 바이러스만큼 빠르게 변이하지 않았으며, 2020년 말까지 효과가 입증된 새로운 백신은 필요에 따라 조정할 수 있는 유형이었다. 같은 해 말, 독일, 영국, 미국의 보건 당국 및 전문가들은 기존 백신이 알파 변이에 대해서도 기존 변이와 마찬가지로 효과적이라고 생각했다.

영국 공중보건청(PHE)은 2020년 12월 20일, 새로운 변이가 당시 영국 백신 접종 프로그램에 사용되던 화이자-바이오엔테크 백신에 내성이 있다는 증거는 없다고 확인했다. 그러나 베타 변이 및 감마 변이에도 존재하는 E484K 돌연변이가 백신 효과를 감소시킬 수 있다는 우려가 제기되었다.

7. 특징

알파 변이의 가장 중요한 변화 중 하나는 N501Y로, 스파이크 단백질의 수용체 결합 도메인(RBD) 내부에 위치하여 인간 ACE2에 결합한다. RBD의 돌연변이는 항체 인식과 ACE2 결합 특이성을 변화시켜 바이러스가 더 전염성이 강하게 될 수 있다. N501Y 돌연변이는 수용체 결합 친화도에 영향을 주어 바이러스의 전파력을 강화하는 것으로 추정된다.

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7.1. 전파력

알파 변이는 기존 SARS-CoV-2 변이보다 전파력이 상당히 높은 것으로 밝혀졌다. 초기 연구에서는 전파력이 70%(50~100%) 증가한 것으로 나타났으며, 런던 위생열대의학대학원의 연구에서는 43~90% 더 높다고 보고했다. 덴마크, 스위스, 미국에서도 유사한 전파력 증가가 측정되었다. 여러 국가에서 알파 변이의 급속한 확산을 설명하는 모델에서는 전파력이 해당 국가들의 지역 유행 변이종보다 50% 더 높은 것으로 나타났다.

네덜란드 보건복지체육부는 2021년 처음 6주 동안 알파 변이의 전파율이 28~47% 더 높았다고 보고했으며, 덴마크 국립혈청연구소는 2021년 1월 4일부터 2월 12일까지 덴마크에서 전파력이 55%(48~62%) 더 높다고 계산했다. 베른대학교 산하 사회예방의학연구소 (ISPM)는 덴마크와 스위스에서 알파 변이의 전파력이 각각 52%(45~60%), 51%(42~60%) 더 높다는 것을 발견했다.

신종 및 재출현 호흡기 바이러스 위협 자문 그룹(NERVTAG)은 알파 변이가 다른 변이보다 상당히 전파력이 높다는 점에 대해 중간 정도의 확신을 가지고 있다고 결론지었다. NERVTAG의 자료에 따르면, 알파 변이는 다른 변이에 비해 기하급수적으로 빠르게 증가했다.

알파 변이에서 가장 중요한 변화 중 하나는 N501Y로, 이는 스파이크 단백질의 수용체 결합 도메인(RBD) 내부에 위치하여 인간 ACE2에 결합한다. RBD의 돌연변이는 항체 인식과 ACE2 결합 특이성을 변화시켜 바이러스가 더 전염성이 강하게 될 수 있다. N501Y 돌연변이가 수용체 결합 친화도에 영향을 주어 바이러스의 전파력을 강화하는 것으로 추정된다.

7.2. 병독성

알파 변이(B.1.1.7 계통)에 대한 대조군 연구는 대체로 이전에 유행하던 변이보다 더 높은 사망률을 보였지만, 입원 환자에게는 그렇지 않았다. 생태학적 연구에서는 전반적인 사망률에 차이가 없는 것으로 나타났다.

초기에 NERVTAG는 2020년 12월 18일에 질병의 심각성에 대한 결론을 내릴 만큼 충분한 데이터가 없다고 밝혔다. 다음 날 보리스 존슨 수상의 브리핑에서 관계자들은 그 당시까지 변이가 더 높은 사망률을 야기한다는 증거나 백신과 치료법의 영향을 다르게 받는다는 증거가 없다고 말했다. 비벡 머시도 이에 동의했다. NHS 검사 및 추적 및 공중보건 영국(PHE)의 공동 의료 고문인 수잔 홉킨스는 2020년 12월 중순에 "현재 이 변이가 더 심각한 질병을 유발한다는 증거는 없지만, 특히 발견되는 사례가 증가하는 곳에서 광범위한 지역에서 감지되고 있다."라고 언급했다. 그러나 약 한 달 후인 2021년 1월 22일 존슨은 "새로운 변이(VOC-202012/01)가 더 높은 수준의 사망률과 관련이 있을 수 있다는 일부 증거가 있다"고 말했지만, 영국 정부 수석 과학 고문인 패트릭 발런스 경은 이를 확신할 만큼 충분한 증거가 아직 없다고 강조했다.

B.1.1.7 계통의 사망률을 다른 계통과 비교한 12가지 연구를 분석한 논문에 따르면, 더 높은 사망률을 보이는 것으로 나타났다 (LSHTM에 따르면 71%, 엑서터 대학교에 따르면 70%, 공중보건 영국에 따르면 65%, 임페리얼 칼리지 런던에 따르면 36%). NERVTAG는 "이러한 분석을 바탕으로 VOC B.1.1.7 감염은 비-VOC 바이러스 감염에 비해 입원 및 사망 위험 증가와 관련이 있을 가능성이 높다"고 결론지었다. 사망 연구 결과는 영국이 모든 COVID-19 사망자의 8%에 대해서만 VOC 상태를 분석한 사실과 관련된 제한된 표본 크기 때문에 상당한 불확실성과 신뢰 구간과 관련이 있었다.

2020년 10월 1일부터 2021년 1월 29일까지 지역 사회 환경에서(요양 센터 및 기타 공공 기관의 취약한 사람 제외) SARS-CoV-2 양성 반응을 보인 54,906명의 참가자를 대상으로 한 영국의 환자-대조군 연구에서는 알파 변이(VOC 202012/1)에 감염된 환자의 검사 후 28일 이내 사망 위험 비율이 다른 SARS-CoV-2 변이 양성 환자와 비교하여 1.64(95% 신뢰 구간 1.32-2.04)였다고 보고했다. 또한 영국에서는 2020년 11월 1일부터 2021년 2월 14일까지 SARS-CoV-2 양성 반응을 보인 1,146,534명의 참가자를 대상으로 한 생존 분석에서 지역 사회와 요양원에 있는 사람들을 포함하여 B.1.1.7 계통에 감염된 사람들의 검사 후 28일 이내 사망 위험 비율이 1.61(95% 신뢰 구간 1.42–1.82)이었다. 연령, 성별, 민족, 빈곤 수준 또는 거주지가 다른 사람들 사이에서 B.1.1.7 계통과 관련된 사망 위험 증가에 유의미한 차이는 발견되지 않았다.

덴마크 연구에서는 B.1.1.7 계통에 감염된 사람들이 다른 계통에 감염된 사람들보다 병원에 입원할 가능성이 64%(32%–104%) 더 높은 것으로 나타났다.

VOC-202012/01의 유전자 시퀀싱은 "ORF8 단백질을 절단하거나 비활성화시키는" Q27stop 돌연변이를 보였다. ORF8 유전자가 삭제된 SARS-CoV-2 변이에 대한 이전 연구에서는 "더 가벼운 증상과 더 나은 질병 결과와 관련이 있다"고 언급했다. 이 연구는 또한 "SARS-CoV-2 ORF8은 면역글로불린(Ig) 유사 단백질로 병원 발생을 조절한다", "SARS-CoV-2 ORF8은 주조직 적합성 복합체 I(MHC-I) 분해를 매개한다", "SARS-CoV-2 ORF8은 I형 인터페론(IFN) 매개 항바이러스 반응을 억제한다"고 언급했다.

8. 역학

알파 변이는 대부분의 국가에서 과소 보고되었을 가능성이 높다. 이는 일반적으로 사용되는 검사가 이 변이와 다른 SARS-CoV-2 변이를 구별하지 못하고, 많은 감염 사례가 발견되지 않기 때문이다. 알파 변이 검출에는 RNA 시퀀싱이 필요하지만, 특정 변이에 대한 RT-PCR 검사를 통해 알파 변이를 대략적으로 확인하거나 전장 게놈 시퀀싱 전 보조적인 1차 선별 검사로 활용할 수 있다.

2021년 3월 23일 기준, 알파 변이는 전 세계 125개국에서 검출되었다. 영국, 아일랜드, 불가리아, 슬로바키아, 이스라엘, 룩셈부르크, 포르투갈, 덴마크, 네덜란드, 노르웨이, 이탈리아, 벨기에, 프랑스, 오스트리아, 스위스, 리히텐슈타인, 독일, 스웨덴, 스페인, 몰타, 폴란드 등 21개국에서는 우점종으로 자리 잡았다.

2021년 8월 13일 기준 GISAID에 보고된 국가별 확진자 수는 다음과 같다.

8.1. 영국 내 확산

영국에서 처음 발생한 사례는 2020년 9월 중순 런던 또는 켄트주로 추정된다. 2020년 12월 13일까지 영국 내 약 60개 지방 자치 단체에서 1,108건의 감염 사례가 확인되었다. 이 사례들은 주로 잉글랜드 남동부에 집중되었으며, 웨일스와 스코틀랜드에서도 확인되었다. 11월 런던의 런던 코로나19 범유행 사례 중 약 4분의 1이 새로운 변이에 의한 것이었고, 12월에는 3분의 1로 증가했다. 12월 중순에는 런던 사례의 거의 60%가 알파 변이와 관련 있는 것으로 추정되었다. 2021년 1월 25일, 영국에서 확인되거나 가능성이 높은 사례 수는 28,122건으로 늘었다.

8.2. 유럽 내 확산

8.3. 북미 확산

미국에서는 알파 변이가 2020년 11월 말 처음 등장하여, 2021년 1월 말 1.2%에서 시작하여 3월 말경에는 우세종이 되었다. 변이 바이러스의 확산은 주로 미국 중서부 상부, 특히 미시간주와 미네소타주에 집중되었지만, 다른 지역으로는 고농도로 확산되지 못했다.

캐나다에서는 알파 변이가 2020년 12월 말 온타리오주에 처음 등장했다. 2021년 2월 13일까지 10개 주 전역으로 확산되었다. COVID-19 양성 샘플에서 알파 변이(계통 B.1.1.7)의 검사 및 확인은 전국적으로 일관되지 않았다. 2021년 2월 3일, 앨버타주는 우려되는 변이 바이러스에 대해 모든 COVID-19 양성 샘플을 선별 검사한 첫 번째 주였다. 2021년 3월 23일 현재, 알파 변이는 5812건의 사례에서 검출되었으며, 앨버타주에서 가장 흔했다. 온타리오주에서는 RT-PCR(N501Y) 및 게놈 시퀀싱 연구를 통해 2021년 1월 20일(3주차) 모든 COVID-19 양성 사례 중 우려되는 변이 바이러스가 4.4%를 차지했고, 그중 알파 변이가 99%를 차지했다는 것을 밝혔다. 온타리오 공중보건 연구소는 5주차 모든 COVID-19 양성 사례의 약 7%에서 해당 변이를 발견했으며, 이는 검출된 모든 우려되는 변이 바이러스의 97%(309/319)를 차지했다. 알파 변이는 2021년 3월 16일경 우세종이 되었으며, 양성 사례의 53%가 우려되는 변이 바이러스였고, 그중 97%는 알파 변이로 추정되었다. 변이 바이러스가 널리 퍼진 퀘벡주에서는 2021년 3월 말이나 4월에 우세종이 될 것으로 예상되었다.

9. 발생

알파 변이는 2020년 12월 초 영국 켄트 지역의 감염률이 감소하지 않는 현상을 조사하던 중 처음 발견되었다. 초기 게놈은 2020년 9월 20일 켄트, 9월 21일 그레이터 런던에서 채취된 샘플에서 확인되었으며, 이 염기서열들은 GISAID 염기서열 데이터베이스에 제출되었다.

유전적 증거를 이용한 역추적 분석 결과, 알파 변이는 2020년 9월에 출현하여 11월 중순까지 낮은 수준으로 순환했던 것으로 나타났다. 이 변이와 관련된 사례는 11월 말 영국 공중보건청(PHE)이 켄트주의 감염률이 떨어지지 않는 이유를 조사하면서 처음으로 명확해졌고, 이후 이 변이와 관련된 집단이 런던과 에식스로 빠르게 확산되고 있음을 발견했다.

영국에서 주로 사용되는 RT-PCR 검사인 써모 피셔 사이언티픽의 TaqPath COVID-19 검사의 특성 또한 초기 확인에 중요한 역할을 했다. 이 검사는 세 곳에서 RNA와 일치하는데, 알파 변이의 스파이크 유전자에서 HV 69-70 결실(69번과 70번 위치의 아미노산인 히스티딘과 발린의 결실) 때문에 스파이크 단백질에 대해 작동을 멈추었다. 이로 인해 게놈 시퀀싱을 통해 어떤 사례가 알파 변이인지 더 잘 추정할 수 있었다.

이 변이는 만성적으로 감염된 면역 저하 환자에게서 유래했을 가능성이 있으며, 바이러스가 장시간 복제되고 진화할 수 있었던 것으로 추정된다.

알파 변이의 전파력이 강해지자, 기하급수적으로 증가하는 특성으로 인해 인구가 감염되는 것을 막기 위해 더 강력한 신체적 거리두기와 봉쇄 조치가 시행되었다. 2020년 12월 20일부터 알파 변이로 인한 바이러스 확산에 대응하여 영국의 모든 영국 구성국은 국내 이동 제한 조치의 영향을 받았다.

같은 해 12월, 전 세계 여러 국가에서 영국발 승객 여행을 일시적으로 금지하거나 금지하는 것을 고려했고, 네덜란드와 덴마크도 마찬가지였다. 일부 국가는 항공편을 금지했고, 다른 국가들은 음성 SARS-CoV-2 검사를 조건으로 자국민만 입국을 허용했다. WHO 대변인은 "전파가 집중되고 광범위한 유럽 전역에서 국가들은 통제 및 예방 접근 방식을 강화해야 한다"고 말했다. EU 국가들의 금지 조치는 새로운 변이로부터의 위협을 평가하고 공동 대응을 조정하기 위해 12월 21일 EU 대표들의 통합된 정치적 위기 대응 회의가 열릴 때까지 48시간 동안이었다.

여러 국가가 영국발 승객 여행에 제한을 두었고, 인접한 프랑스도 유인 화물차량을 제한했다(검사 절차를 마련하고 통과를 허용하기 전에 전면 금지를 시행). 일부 국가는 다른 국가의 여행에도 제한을 적용했다. 12월 21일 기준으로 최소 42개국이 영국발 항공편을 제한했고, 일본은 새로운 변이 사례가 발견된 후 모든 외국인의 입국을 제한했다. 변이가 이미 도착했을 가능성이 있는 경우, 특히 바이러스의 주간 추정 성장률이 지역적으로 더 높다면 여행 금지의 유용성은 제한적이라는 논쟁이 있었다.

9.1. 검출

알파 변이는 2020년 12월 초, 영국 켄트 지역의 감염률이 감소하지 않는 현상을 조사하던 중 처음 발견되었다. 초기 게놈은 2020년 9월 20일 켄트, 9월 21일 그레이터 런던에서 채취된 샘플에서 확인되었다. 이 염기서열들은 GISAID 염기서열 데이터베이스에 제출되었다.

유전적 증거를 이용한 역추적 분석 결과, 알파 변이는 2020년 9월에 출현하여 11월 중순까지 낮은 수준으로 순환했던 것으로 나타났다. 이 변이와 관련된 사례의 증가는 11월 말, 영국 공중보건청(PHE)이 켄트주의 감염률이 떨어지지 않는 이유를 조사하면서 처음으로 명확해졌다. 이후 이 변이와 관련된 집단이 런던과 에식스로 빠르게 확산되고 있음을 발견했다.

또한, 영국에서 주로 사용되는 RT-PCR 검사인 써모 피셔 사이언티픽의 TaqPath COVID-19 검사의 특성도 중요했다. 이 검사는 세 곳의 위치에서 RNA와 일치하며, 알파 변이의 스파이크 유전자에서 HV 69–70 결실(69번과 70번 위치의 아미노산인 히스티딘과 발린의 결실) 때문에 스파이크 단백질에 대해 작동을 멈추었다. 이로 인해 게놈 시퀀싱을 통해 어떤 사례가 알파 변이인지 더 잘 추정할 수 있었기 때문에 초기 확인이 더 쉬워졌다.

이 변이는 만성적으로 감염된 면역 저하 환자에게서 유래했을 가능성이 있으며, 바이러스가 장시간 복제되고 진화할 수 있었던 것으로 추정된다.

9.2. 통제

알파 변이의 전파력이 강해지자, 기하급수적으로 증가하는 변이의 특성으로 인해 인구가 감염되는 것을 막기 위해 더 강력한 신체적 거리두기와 봉쇄 조치가 시행되었다.

2020년 12월 20일부터 알파 변이로 인한 바이러스 확산에 대응하여 영국의 모든 영국 구성국은 국내 이동 제한 조치의 영향을 받았다. 같은 해 12월, 전 세계 여러 국가에서 영국발 승객 여행을 일시적으로 금지하거나 금지하는 것을 고려했고, 네덜란드와 덴마크도 마찬가지였다. 일부 국가는 항공편을 금지했고, 다른 국가들은 음성 SARS-CoV-2 검사를 조건으로 자국민만 입국을 허용했다. WHO 대변인은 "전파가 집중되고 광범위한 유럽 전역에서 국가들은 통제 및 예방 접근 방식을 강화해야 한다"고 말했다. EU 국가들의 금지 조치는 새로운 변이로부터의 위협을 평가하고 공동 대응을 조정하기 위해 12월 21일 EU 대표들의 통합된 정치적 위기 대응 회의가 열릴 때까지 48시간 동안이었다.

여러 국가가 영국발 승객 여행에 제한을 두었고, 인접한 프랑스도 유인 화물차량을 제한했다(검사 절차를 마련하고 통과를 허용하기 전에 전면 금지를 시행). 일부 국가는 다른 국가의 여행에도 제한을 적용했다. 12월 21일 기준으로 최소 42개국이 영국발 항공편을 제한했고, 일본은 새로운 변이 사례가 발견된 후 모든 외국인의 입국을 제한했다.

변이가 이미 도착했을 가능성이 있는 경우, 특히 바이러스의 주간 추정 성장률이 지역적으로 더 높다면 여행 금지의 유용성은 제한적이라는 논쟁이 있었다.

10. 소멸

2021년 10월, 영국 보건안보청(UK Health and Security Agency) 최고경영자 제니 해리스(Jenny Harries) 박사는 알파 변이와 같은 이전에 유행했던 변이들이 사라졌고 델타 변이로 대체되었다고 말했다. 2022년 3월, 세계보건기구(WHO)는 알파 변이, 베타 변이, 감마 변이를 이전 유행 변이로 분류했는데, 이는 이전 몇 주와 몇 달 동안 어떠한 감염 사례도 감지되지 않았기 때문이다.