[IBS 코로나19 리포트 시즌2] 코로나19 감염 여부를 신속·정확하게 진단하는 새로운 방법

페이스북 공유하기트위터 공유하기카카오톡 공유하기카카오스토리 공유하기블로그 공유하기네이버밴드 공유하기 바이러스 감염 여부 진단의 가장 중요한 요소는 신속성과 정확성이다. 다수가 출입하는 공항, 회사 등에서는 신속한 진단이 중요하다. 이를 통해 문제가 발견되면 빠르게 출입을 통제하는 조치가 필요하다. 그러나 아무리 신속하게 결과를 얻을 수 있다 해도, 100명중의 한명이라도 오진된다면 질병 확산 통제에 치명적이기 때문에 검사 방법이 매우 정확해야 한다. 다만 현재까지 현장에서 사용이 승인된 진단 기술중에서는 이 두가지가 모두 확보된 방법은 없기에, 장소와 상황에 따라 둘 중 어느 것을 더 중시할 것인지 판단해야 한다1.   신속한 검사를 위해서는 항체(병원체)와 항원의 반응을 이용한 혈청학적 검사를 주로 사용한다. 사스코로나바이러스-2의 표면 단백질을 검출하는 방법으로 짧은 시간 안에 결과를 확인할 수 있다. 반면, 정확한 진단을 위해서는 중합효소연쇄반응분석법(PCR), 크리스퍼-캐스 분석법, 등온증폭분석법 등으로 대표되는 분자진단을 실시한다. DNA나 RNA와 같은 바이러스 내부의 유전물질을 증폭하여 검출하는 방식으로 진단까지 수시간이 소요된다.   신속검사는 증폭 과정을 거치지 않아 단시간에 감염 여부 판정이 가능하다. 다만 감염 초기이거나 항체의 양이 많지 않으면 정확성이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서 방역 현장에서는 바이러스 확산 추세, 상황별 조건에 따라 다양한 진단법을 사용한다. 이번 리포트에서는 다양한 진단법의 종류와 현재 연구개발 중인 코로나19 분자진단 방법에 대해 소개하고자 한다. 코로나19 진단을 위해서는 상황과 장소에 따라 신속하게 결과를 알 수 있는 항원-항체 분석법이나 정확한 결과를 알 수 있는 유전물질 검출방법이 활용된다. IBS 제공     ○ 소변검사처럼 간편하게 코로나19 감염 여부 진단   학창시절에 했던 소변검사의 기억을 떠올려 보자. 검사지에 소변을 묻히면 색 변화를 통해 즉시 몸의 이상 여부를 판단할 수 있다. 이처럼 간단하고 신속하게 코로나19 바이러스 감염 여부를 파악할 수 있는 진단기술이 있다. 가장 대표적인 것이 항원-항체 면역 크로마토크래피 분석법(이하 항원-항체 분석법)이다. 몇 가지 항원-항체 분석법을 소개해보고자 한다.   항원 진단검사(Antigen Detection Assay)는 비강, 후두부, 가래 등에서 채취한 타액 내부의 바이러스 입자를 직접 검출하는 방법이다. 검사지에는 단백질-나노입자 복합체가 부착되어 있는데, 이 복합체와 사스코로나바이러스-2 입자가 결합하면 검사지의 색 발현을 통해 육안으로 감염 여부를 확인할 수 있다. 감염이 되었다면 타액에는 반드시 바이러스가 존재하기 때문에 위양성 가능성이 적다2,3. 또 검사 시간이 매우 빨라 수 분 내로 검사결과를 받아볼 수 있다는 것도 장점이다. 하지만 감염 초기이거나 사람에 따라 타액 내 바이러스 함량이 적을 수도 있어, 결과는 음성이더라도 실제로는 감염의 가능성이 있다. 미국, 유럽을 비롯한 상당한 국가에서 다양한 회사의 항원진단검사를 긴급승인하여 사용하고 있다. 그러나 임상보고에 따르면 ê·¸ 정확도는 70% 정도에 불과하다.(Public Health England. Evaluation of the Abbott SARS-CoV-2 IgG for the detection of anti-SARSCoV-2 antibodies)   항원-항체 분석법의 또 다른 예로는 혈청학적 검사(Serologic Tests)가 있다. 항원 진단검사가 바이러스 자체를 검출했다면, 혈청학적 검사는 바이러스 감염으로 인해 생긴 혈액 내 항체를 검출한다. 혈청학적 검사지에는 사스코로나바이러스-2 표면 단백질이 부착되어 있다. 감염으로 인해 항체가 생성됐다면, 바이러스 표면 단백질과 결합하며 마찬가지로 검사지 색이 변해 육안으로 감염 여부를 판단할 수 있다. 하지만 감염 환자여도 혈액 내 항체가 생성되지 않았을 경우 음성으로 판단될 수 있다는 단점이 있다4. 이러한 이유로 선제적 대응 도구로서는 적합하지 않아 널리 사용되지는 않는다. 중앙집중화된 검사시설(대형 병원 등)이 없어 PCR 분자진단과 같은 정확한 검사가 어려운 현장 등에서만 사용이 가능하다. 하지만 이러한 단점에도 불구하고, 빠르게 퍼지는 코로나19 감염 여부를 신속히 확인하기 위해 많은 국가에서 사용을 긴급승인하고 있다. (Public Health England. Evaluation of Roche Elecsys AntiSARS-CoV-2 serology assay for the detection of anti-SARS-CoV-2 antibodies. 23 May 2020.)   가장 정확한 코로나19 진단 기술 가장 표준화된5 코로나19 진단법으로는 중합효소연쇄반응이라고 불리는 PCR(Polymerase Chain Reaction) 검사가 있다. 위에 언급한 항원-항체 분석법이 바이러스의 단백질과 체내 항체단백질을 검출했다면, PCR은 바이러스 내부의 유전물질을 검출 타깃으로 삼는다. 사스코로나바이러스-2의 유전물질은 불안정한 RNA로 구성돼 있어, 이를 안정된 상보적 DNA(cDNA)로 바꾸는 역전사(RT‧Reverse Transcription) 과정이 선행돼야 한다. 언론에서 많이 언급되는 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR)이 바로 이것이다.   역전사 효소가 RNA로부터 cDNA를 만든 뒤에는 DNA 중합효소를 이용해 90도 이상의 높은 온도에서 바이러스의 cDNA를 증폭한다. 이때 특정 DNA가 증폭될 때에만 발현하는 형광 단백질에 의해 바이러스 감염 여부를 파악할 수 있다. 유전자 증폭은 보통 수 시간 내에 완료되나, 실제 검사결과를 받아보는데는 1-2일이 소요된다. PCR 검사를 위해 검체 채취부터 결과를 얻는 전 과정에 전문인력과 의료시설이 필요하기 때문이다.   긴 시간이 소요된다는 단점에도 불구하고 PCR은 다른 추가검사가 필요하지 않을 정도로 정확도가 매우 높다는 큰 장점이 있다. 물론 이전의 코로나19 감염 여부 혹은 항체 생성 여부까지 파악하기는 어렵다6.   또 다른 분자진단 기술인 등온증폭법(Isothermal amplification assay)도 있다. 글자 그대로 일정한 온도에서 특수 설계된 DNA 프로브를 활용하여 DNA를 증폭시켜 신호를 얻어내는 진단법이다7,8. 등온증폭에 사용되는 DNA 중합효소가 접혀있던 DNA 프로브를 펴면서 형광신호가 증폭되는 원리이다. 형광신호 증폭은 샘플 내 코로나 바이러스 유전자의 존재를 의미한다. PCR에 비해 신속한 검사가 가능하지만, 아직까지는 정확도가 낮아9 RT-PCR보다 자주 사용되지는 않는다.   등온증폭법에는 루프기반 등온증폭법(LAMP‧Loop-Mediated Isothermal Amplification), 효소기반 등온증폭법(NEAR‧Nicking Endonuclease Amplification Reaction) 그리고 RPA(Recombinase Polymerase Amplification) 등온증폭법 등이 있다. LAMP는 DNA 프로브가 아령모양의 DNA 2ì°¨ 구조를 기하급수적으로 형성하여 형광 신호를 증폭시키는 방식이다. 신속하고 혈액과 같은 복잡한 샘플에서도 증폭이 가능하다는 장점이 있지만, RT-PCR에 비해 민감도가 낮고 샘플 준비에 시간이 많이 소요된다. NEAR은 효소를 이용해 이중나선 DNA를 단일가닥으로 분리하여 또 다른 이중나선을 형성할 수 있는 템플릿을 만들어주는 원리다11. 이중나선이 기하급수적으로 늘어나며 형광신호가 증폭된다. 역시 신속하지만, 민감도가 낮고 위양성이 나타난다는 단점이 있다. RPA 등온증폭법은 DNA 단일가닥에만 붙을 수 있는 단백질(SBP‧Single-strand binding protein)을 넣어12 형광신호를 증폭하는 원리다. 역시 위양성이 상대적으로 높다는 단점이 있다.