대규모 코로나19 감염이 언제 어디에서 급증할지 예측할 수 있다면 어떨까요?

바이러스의 경로 뿐만 아니라 언제 어디에서 양성 사례가 급증할지도 예측합니다.

팬데믹을 이겨내기 위한 기틀 마련


"저는 이 프로그램에 대단히 만족합니다. 이 기기는 저에게 완전한 신제품 같고, 서비스와 보증 또한 훌륭합니다. 저희에게 후회는 없습니다."
- Denina Simmons

캐나다 온타리오 공과대학교(Ontario Tech University)의 Denina Simmons가 바로 이에 대해 연구했습니다.

이 생물학과 조교수는 온타리오 주 더럼(Durham, Ontario) 전역의 폐수 시료에 존재하는 극미량의 SARS-CoV2를 분석함으로써 코로나19를 야기하는 바이러스를 검출하여 인구 중 코로나 바이러스의 급증을 예측할 수 있는지 확인하고자 노력했습니다. 그녀의 연구 초기 결과에 따르면, 해당 지역에서 양성 환자 급증 사례가 보고되기 약 10일 전에 폐수에서 바이러스가 급증했습니다.

Denina는 SARS-CoV2의 존재를 나타내는 고농도 단백질을 측정하는 Agilent 액체 크로마토그래피 사중극자 비행 시간형 질량 분석기(LC/Q-TOF MS)에 의한 테스트 프로토콜(연구용 설정)에 대해 "이것이 입증된다면, 그것을 조기 경보 신호처럼 생각할 수 있다"고 말했습니다.

이는 2019년 말 학교에서 이 기기를 구입했을 당시 Denina가 염두에 두고 있던 것은 결코 아니었습니다. 그녀는 어류 단백질 및 대사산물 내 환경 오염물질의 수치를 측정하기 위해 그 기기를 사용할 계획이었지만, 그러지 못할 듯했습니다. 새로운 기기는 대학교의 예산에 맞출 수 없었기 때문입니다.

그러나 애질런트 인증 중고 기기(CPO) 프로그램 구매를 가능하게 했습니다. 장비를 업그레이드하고 있는 실험실로부터 구형 기기를 되사들여 리퍼비시 작업을 거친 후 재판매하는 이 프로그램은 고객에게 보다 다양한 옵션을 제공하는 데 도움이 됐습니다. 제품 책임 관리 강화와 환경 친화적인 공급업체가 된다는 것 또한 장점입니다.

한편, 고객은 품질이나 지원의 저하없이 가격적인 혜택을 누릴 수 있습니다. Denina는 대학이 중고 시스템을 구입하기로 한 결정에 대해 "그것은 전적으로 감당할 수 있는 가격이었습니다," 라고 말했습니다. 대학은 인증 중고 가스 크로마토그래피 질량 분석기(GC/MS) 또한 구입했으며, 향후에도 이 프로그램을 통해 액체 크로마토그래피 삼중 사중극자 질량 분석기(LC/QQQ MS)를 구입할 계획입니다.

그런데 이 기기가 실험실에 도착했을 때, Denina는 어류 단백질 연구 보다 더 중요한 임무를 맡게 되었습니다. 온타리오 공과대학교 이사회의 한 임원이 호주에서 시행되고 있는 폐수 중 SARS-CoV2 분석에 대한 보고서를 공유하면서, 연구 교수진들에게 유사한 연구를 진행할 것을 제안했습니다.

팬데믹을 이겨내기 위한 기틀 마련
사진: Denina Simmons 제공.

Denina는 그 도전을 재빨리 받아들였습니다. 그리고 그녀는 그 도전에서 자기 나름의 새로운 변화를 시도했습니다.

그 때까지 진행된 연구는 폐수 내 SARS-CoV2 리보핵산(RNA)의 존재를 측정하는 데 초점을 맞춰왔습니다.

"그러나 전 단백질이 일반적으로 RNA보다 더 풍부하고 더 안정하기 때문에 만약 RNA를 측정할 수 있다면, 단백질도 측정할 수 있어야 한다고 생각했습니다," 라고 Denina는 설명했습니다.

팬데믹을 이겨내기 위한 기틀 마련 

그녀의 연구는 9월에 온타리오 주의 다음 5개 도시에 있는 폐수 처리 센터에서 채취한 시료를 분석하는 것으로 시작되었습니다: Ajax, Clarington, Pickering, Oshawa 및 Whitby.

시료를 침전시켜 원심분리한 후, 남아있는 반고체 팰릿을 펩타이드 또는 아미노산의 짧은 사슬로 분해합니다. 그 후 Denina는 LC/Q-TOF MS를 이용해 펩타이드의 질량과 시퀀스를 분석한 다음, SARS-CoV2 바이러스를 포함한 알려진 유전자 및 단백질의 시퀀스에 맵핑할 수 있습니다.

그녀는 이것이 멋지다고 말했습니다. 대부분의 연구자들은 SARS-CoV2 RNA 또는 바이러스를 인체 세포에 결합시켜주는 막대 모양의 돌출부인 스파이크 단백질만을 찾고 있었기 때문입니다. 말하자면, 이와 같은 테스트 방법은 건초 더미 안에 존재하는 바늘의 개수를 늘려주는 방식으로 공중 보건 담당자들이 특정 지역에서의 코로나19 감염 급증에 대비할 시간을 제공해 줄 수 있습니다. 하지만 폐수 분석의 이점은 거기서 그치지 않습니다.

Denina는 "우리는 바이러스가 아닌 인간 단백질 1~2개를 보고 있습니다. 이것이 감염과 연관되어 있을 것으로 생각하지만, 여전히 더 많은 연구가 필요합니다,"라고 말했습니다. 그녀는 이것이 코로나19 너머로 확장될 수 있는 가능성을 가진 접근법이라고 덧붙였으며, 폐수에서 다른 종류의 바이러스를 스캔할 수 있음을 시사했습니다.

"이 연구가 성공을 거두고 정부가 이 사례에서 유용한 정보를 얻는다면, 향후의 모니터링에 변화가 있을 지도 모릅니다,"라고 그녀는 말했습니다.

그리고 Denina는 이 모든 것이 애질런트의 CPO 프로그램에 의해 가능했던 것이라고 말했습니다. "CPO 프로그램이 없었다면 Agilent(LC/Q-TOF MS)를 구입할 수 없었을 것입니다. CPO 프로그램은 우리 팀이 이 연구를 수행할 수 있도록 해준 유일한 이유입니다."라고 그녀는 말했습니다. "이 프로그램에 대단히 만족합니다. 이 기기는 저에게 완전한 신제품 같고, 서비스와 보증 또한 훌륭합니다. 저희에게 후회는 없습니다."

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