Do or Die: 아프리카, 48시간 만에 COVID 추적

Christian Happi
2021년 6월 22일
5분 분량

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/africa-tracks-down-covid-in-48-hours

©Sabrina Bracher

고대 중국 군사 전략가 손자가 전투에서 승리하기 위해 제시한 기본 원칙 중 하나는 "적을 아는 것"이었습니다. 따라서 현대 바이러스 전투기의 전쟁 자금의 주요 도구는 게놈 감시(GS)로, 과학자들이 COVID-19와 같은 병원체의 본질, 진화, 심지어 독성까지 해독할 수 있게 해줍니다.

더 정확히 말해서, GS는 국가 또는 지역 내 여러 사이트에서 양성 샘플에 대한 일관되고 조정된 게놈 시퀀싱입니다. 현재 팬데믹 동안 게놈 시퀀싱은 COVID-19를 유발하는 미생물인 SARS-CoV-2의 특성을 식별하고 다른 코로나바이러스 종과의 관계를 추적하는 데 사용되었습니다. 또한 팬데믹에서 깊숙이 영향을 미친 영국, 남아프리카 및 기타 바이러스 변종을 탐지하고 추적하는 데 도움이 되었습니다.

바이러스 식별 외에도 GS는 감염원의 유전체 구조 매핑을 가속화하여 백신 개발에 도움이 됩니다. GS 덕분에 오늘날 다양한 방식으로 COVID-19를 표적으로 삼는 최대 150개의 백신 후보가 있습니다. 국가와 지역을 팬데믹에 회복력 있게 만들기 위해 GS는 배포해야 할 가장 중요한 도구 중 하나입니다.

아프리카가 준비된 방법

나이지리아 에데에 있는 리디머 대학교의 감염성 질환 유전체학을 위한 아프리카 우수 센터(ACEGID)는 세계보건기구와 아프리카 전체를 위한 두 개의 소위 참조 센터 중 하나입니다. ACEGID는 세계은행의 지원을 받습니다. 다른 참조 센터는 남아프리카 공화국 더반에 위치한 콰줄루-나탈 연구 혁신 및 시퀀싱 플랫폼(KRISP)입니다.

ACEGID에서 과학자들은 최근 수십 년 동안 아프리카를 강타한 다양한 팬데믹과 전염병을 연구했습니다. 이 어려운 세월 동안 그들은 에볼라와 라사열, 원숭이두창, 황열병 등을 다루었습니다. 의심할 여지 없이, 이러한 질병에 대한 대륙의 쓰라린 경험은 COVID-19에 대한 대응을 준비하고 형성했습니다.

지금까지 아프리카는 전 세계 다른 많은 지역보다 팬데믹을 더 성공적으로 극복했습니다. 사실 놀라운 일이 아닙니다. 상황을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 현재 대륙 전체에서 400만 건 이상의 사례가 발생했고, 105,000건이 넘는 사망자가 발생했습니다(2021년 4월 기준). 이는 놀라울 정도로 낮은 사례율과 사망률입니다. 그렇다면 "아프리카는 전 세계와 비교했을 때 이 팬데믹을 어떻게 그렇게 잘 관리했을까?"라고 물을 수 있습니다.

이유는 간단합니다. 아프리카 공중 보건 당국은 과거에 여러 전염병을 관리했으며, 특히 2014년부터 2016년까지 서아프리카에서 약 11,000명이 사망한 에볼라 발병에서 많은 것을 배웠습니다. 그 치명적인 발병 이후, 아프리카 국가 원수들은 현명하게도 아프리카 질병 통제 센터를 만들었습니다. 아프리카 연합의 후원을 받는 이 기관은 아프리카에서 질병 감시 도구로 통합 유전체학을 선택했습니다. 이를 실현하기 위해 아프리카 관리들은 다양한 국제 그룹과 함께 아프리카 병원체 유전체학 이니셔티브(PGI)를 설립했으며, 이 이니셔티브는 대륙의 질병 감시에 유전체학을 통합하는 임무를 가지고 있습니다. 이 네트워크는 COVID-19가 아프리카를 강타하기 전에 가동되었습니다.

Africa PGI는 대륙의 우수성 센터와 연구 허브를 중심으로 구축되었습니다. 아프리카 전역의 국가 및 지역 실험실을 활용합니다. 또한 ACEGID와 KRISP라는 두 개의 대륙 우수성 센터가 있습니다. 대륙 참조 센터로서, 그들은 국가 및 지역 실험실을 지원하고, 후자의 역량을 구축하고, 유전체 시설이 없는 아프리카 국가가 병원체 샘플을 시퀀싱하는 데 도움을 줄 수 있도록 지원하는 임무를 가지고 있습니다.

ACEGID 시퀀싱 네트워크는 5가지 주요 과제를 가지고 있습니다. 1) 자원 동원, 2) 일상적인 감시 수립, 3) 샘플 수집 및 운송 지원, 4) 시퀀싱 지원, 5) 데이터 분석 지원. 이 중요한 작업을 수행하기 위해 센터는 기존 용량을 활용하고 다른 국가가 보유하지 않은 시퀀싱 시설에 대한 액세스를 제공할 수 있는 강력하고 조정된 조직을 구축했습니다.

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아프리카의 COVID-19: 첫 번째 물결

ACEGID는 아주 초기부터 로봇 기술을 사용하여 다른 질병에 대한 분석을 지원했습니다. 이 센터는 NovaSeq 6000 시스템과 같은 플랫폼을 구축했는데, 이 시스템은 일주일에 6,000개 이상의 바이러스 시퀀스를 출력할 수 있습니다. 따라서 사하라 이남 아프리카에서 첫 번째 COVID-19 사례가 발생했을 때 ACEGID는 신속히 대응했습니다. Ede 연구소는 아프리카에서 처음으로 SARS-CoV-2에 대한 게놈 시퀀싱을 수행했습니다. 48시간 만에 완료했습니다. 이는 전 세계 어느 나라도 따라올 수 없는 속도였습니다. 이 중요한 업적은 바이러스가 어디에서 왔는지 명확하게 밝혀냈습니다. 첫 번째 환자는 이탈리아 출신이었고 스위스에서 유통되고 있던 바이러스 샘플과 매우 가까운 바이러스 샘플에 감염되었습니다.

센터는 거기서부터 대륙에 대한 추가적인 시퀀싱을 진행하여, 초기 감염 사례를 확인하고 이러한 사례가 수입되었다는 것을 보여줄 뿐만 아니라 지역적 확산이나 전염을 식별하기 위해 노력했습니다.

나이지리아에서 ACEGID가 가장 초기 사례를 식별하고 시퀀싱한 후, 정부는 봉쇄를 설정했습니다. 거기서 센터는 지역 사회 전파를 식별하기 시작했습니다. 이는 이러한 정보가 많은 아프리카 국가의 정책을 안내하는 데 어떻게 사용되었는지 보여줍니다.

대륙 전체에 걸친 게놈 시퀀싱을 사용하여, 센터는 바이러스가 아프리카에 1,500건 이상 유입되었으며, 대부분이 유럽, 아시아, 오세아니아, 미국에서 유입되었음을 보여줄 수 있었습니다. 유럽은 지리적 근접성과 유럽과 아프리카 사이에 많은 사업과 상거래가 있기 때문에 목록의 맨 위에 있습니다.

남아프리카 공화국은 당국이 거의 실시간으로 상황을 모니터링할 수 있는 GS 네트워크를 국가 내에 구축했습니다. ACEGID는 나이지리아에서도 동일한 작업을 수행하여 핫스팟과 전파가 낮은 곳을 모니터링하고 추적합니다. 이 정보는 핫스팟이 어디에 있는지에 대한 정부의 이해를 안내하고 국가의 공중 보건 개입을 알리는 데 사용됩니다.

공중 보건 개입을 더 잘 집중시키려면 두 가지가 필요합니다. 1) 실행 속도와 2) 실행 정확성입니다. 이는 지난 몇 년 동안 아프리카에서 달성된 바로 그 것입니다. 아프리카에서 SARS-CoV-2 시퀀싱 정보가 계속 나오고 있으며, 이는 여러 국가에서 생성되고 있는 데이터입니다. 대부분의 아프리카 국가가 참여함에 따라 시간이 지남에 따라 더 많은 데이터를 생성하고 있습니다.

아프리카의 팬데믹 대시보드

ACEGID는 나이지리아 질병통제센터가 실시간으로 팬데믹이 어떻게 진화하고 있는지 확인할 수 있도록 돕는 대시보드를 만들었습니다. 대시보드를 통해 핫스팟을 식별할 수 있고, 정부는 사례가 어떻게 확산되고 있는지 확인할 수 있습니다. 나이지리아에서만 55가지의 다른 계통의 질병이 유행하고 있으며, 상황이 빠르게 변하고 있다는 것을 알고 있습니다. 이 대화형 대시보드를 사용하여 수천 개의 계통을 매핑하고 추적할 수 있었습니다.

남아프리카 공화국의 경우, 그들의 대시보드는 유명한 B.1.351 또는 남아프리카 변종이 어떻게 장악하기 시작했는지 보여주었습니다. 그 개발을 모니터링하는 능력은 게놈 역학의 화력을 보여줍니다. 여기서는 우려되는 새로운 계통이 장악하고 있는 사례가 있었는데, 이 계통은 백신을 피할 수 있는 능력이 있었을 것입니다. 이것은 게놈 역학이 아프리카 대륙에서 어떻게 사용되었는지에 대한 명확한 예입니다.

아프리카에서 가장 우려되는 첫 번째 계통 또는 첫 번째 변종은 D614G 돌연변이로 확인되었으며, 이는 질병의 전염성 증가와 관련이 있습니다. ACEGID는 이를 설명한 최초의 그룹 중 하나였으며 시간이 지남에 따라 확산을 모니터링해 왔습니다. 나이지리아의 경우 변종의 90%가 이 돌연변이를 가지고 있으며, 이는 해당 국가에서만 나타나는 것이 아닙니다. 예를 들어 남아프리카에서는 이 돌연변이를 가진 변종의 수가 거의 100%입니다.

우리는 또한 진단 측면에서 질병을 조사하기 위해 게놈 역학을 사용합니다. 분자 진단 측면에서, 예를 들어 중국 질병 통제 예방 센터 프라이머(DNA 합성에 사용되는 핵산)를 살펴보면 순환 바이러스의 약 60%가 프라이머가 결합해야 하는 부위에 돌연변이가 있음을 알 수 있습니다. 이는 이러한 프라이머가 진단 목적으로 신뢰할 수 없음을 의미합니다. 파스퇴르 연구소, 미국 질병 통제 예방 센터, 샤리테(베를린)와 같은 다른 프라이머에서도 이를 명확하게 볼 수 있습니다. 따라서 바이러스를 모니터링하라는 요청을 받았을 때 해당 프라이머에 대한 검정(분석)이 작동할 수 있는지 여부에 대한 증거가 있습니다.

두 번째 물결: 변종 추적

아프리카는 첫 번째 물결을 잘 관리했습니다. 하지만 2020년 11월과 12월경에 아프리카 전역에서 급증이나 급증을 목격하기 시작했습니다. ACEGID는 그 이유를 알아내기 위해 분석하고 테스트했습니다. 예를 들어 남아프리카의 급증은 우려되는 새로운 변종(501Y.V2)의 발생 때문일 수 있습니다. 이 변종과 관련된 돌연변이가 많았습니다. 후자는 남아프리카뿐만 아니라 다른 많은 아프리카 국가에서도 볼 수 있는 급증의 원인일 수 있습니다. ACEGID는 대륙 파트너와 함께 이러한 변종을 추적합니다.

예를 들어 모잠비크의 경우, 남아프리카의 파트너인 콰줄루-나탈 연구소는 이 변종이 남아프리카에서 모잠비크로 12번 유입되었다는 것을 확인했습니다. ACEGID는 또한 국소적 전염의 3개 클러스터를 식별할 수 있었습니다. 이 변종인 B.1.351에서 식별된 모든 돌연변이가 모잠비크에서 질병의 전염과 확산에 영향을 미쳤다는 것이 입증되었습니다. 모잠비크의 샘플은 남아프리카로 보내졌습니다. 그런 다음 남아프리카가 분석을 수행하고 결과를 모잠비크로 다시 보냈습니다. 이것이 우리 네트워크 내에서 수행되는 작업입니다.

나이지리아의 급증의 경우, ACEGID는 우려되는 영국 변종인 B.1.1.7 계통을 감지했습니다. 나이지리아의 급증은 이 계통이 전국으로 퍼져서 발생했습니다.

이 계통을 식별하는 것 외에도 특히 흥미로운 점은 영향을 받는 연령대가 다른 계통과 매우 다르다는 것입니다. 이 계통의 영향을 받는 가장 많은 수는 31세에서 50세 사이의 사람들이고, 그 다음은 30세 이하의 연령대입니다. 이는 취업 연령대의 피해자 그룹으로, 직장에서 바이러스에 노출되었음을 시사합니다.

이 과정에서 우리는 나이지리아에서 출현하여 전 세계로 퍼진 새로운 변종인 B.1.525를 확인했습니다. 이것은 B.1.1.7과 함께 영국에서 가장 큰 변종 중 하나입니다. 이 변종은 우려 변종으로 설명되지 않았지만 면역 회피에 관여하는 E484K 돌연변이가 있기 때문에 현재 관심 변종으로 분류됩니다. 면역 회피는 백신의 표적을 피하고 항체의 중화를 피할 수 있는 능력이 있다는 것을 의미합니다.

결론적으로, 우리는 GS를 전염병 대응의 중요한 구성 요소로 사용할 수 있었습니다. 아프리카의 경우, 우리는 새롭고 오래된 여러 계통을 식별할 수 있었습니다. 우리는 아프리카에서 두 가지 주요 계통을 식별했는데, 이는 남아프리카의 501Y.V2와 나이지리아의 B.1.525입니다. 둘 다 중화 항체 효능을 감소시키고 특정 새로운 백신의 효과를 약화시킬 수 있는 능력이 있습니다.

결론적으로, 우리 아프리카인들은 유전체 역학을 이번 COVID-19 발병에 대응하고, 공중 보건 기관에 지침을 제공하고, 아프리카의 팬데믹 대응에 중요한 정보를 제공하는 방법으로 효과적으로 활용할 수 있었습니다.

*Christian Happi is a Professor of Molecular Biology and Genomics at Redeemer University, the Director of the African Center of Excellence for Genomics of Infectious Diseases (ACEGID), and Director of the Directorate of Research Innovations and Partnerships (DRIPs).

Editorial Note: This article is based on a presentation by Dr. Happi at the Twenty-Seventh International Conference on the Unity of the Sciences held in April 2021.