미 연구팀 “젖소 유선에서 바이러스 결합 수용체 다량 확인…감염 양상 달라”
2024년 미국 텍사스주 젖소 농장에서 고병원성 조류인플루엔자(H5N1)가 처음 확산했을 때 소들이 일반적인 조류인플루엔자 감염과 달리 심한 유선염 증상을 보여 과학자들을 당황하게 했다.
미국 피츠버그대 수레시 쿠치푸디 교수팀은 20일 과학 저널 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에서 H5N1이 젖소에서 호흡기 질환 대신 괴사성 유선염을 일으키는 이유는 유선 조직에 바이러스가 결합할 수 있는 특정 수용체가 풍부한 반면 기관(氣管)에는 사실상 존재하지 않기 때문으로 확인됐다고 밝혔다.
쿠치푸디 교수는 “이 연구는 H5N1이 왜 소의 호흡기 대신 유선을 표적으로 삼는지에 대한 분자 수준의 설명을 제시한다”며 “이 연구가 향후 H5N1이 새로운 동물 종으로 전파될 가능성과 감염 양상을 예측하는 데 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
현재 H5N1은 전 세계적으로 100종이 넘는 조류와 포유류를 감염시키고 있다. 미국에서는 2025년 4월까지 17개 주의 젖소 농장 1천21곳에서 감염이 확인됐으며, 바이러스가 확인도 되기 전 몇 주 동안 급속히 확산해 학계 큰 충격을 줬다.
감염된 젖소는 우유를 통해 많은 양의 바이러스를 배출한다.
연구팀은 이전 연구에서 감염된 젖소의 우유에서 검출된 바이러스 농도가 ㎖당 최대 10억 TCID50(세포배양 감염 단위)에 달했다며 이는 유선이 바이러스의 주요 증식 장소임을 시사한다고 지적했다.
이들은 H5N1이 왜 소의 유선에 잘 감염되지만 호흡기에는 거의 감염되지 않는지 규명하기 위해 세포 표면의 당사슬 구조를 분석하는 글라이코믹스(glycomics) 분석과 바이러스 결합 실험, 고해상도 전자현미경 관찰 등을 수행했다.
인플루엔자 바이러스는 세포 표면의 시알산(sialic acid) 수용체에 결합하면서 감염이 시작된다. 연구팀은 소의 유선과 기관 조직에 어떤 종류의 시알산 수용체가 존재하는지 비교 분석했다.
그 결과 유선 조직에는 H5N1이 이용할 수 있는 N-결합 시알산 글리칸과 O-결합 시알산 글리칸이 모두 풍부하게 존재하고, 특정 계통 바이러스(H5N1 2.3.4.4b)가 유선 조직에 강하게 결합하는 것으로 나타났다.
반면 기관 조직에서는 O-결합 시알산 글리칸만 발견됐고, H5N1 감염에 중요한 N-결합 시알산 글리칸은 검출되지 않았다. 바이러스 결합 실험과 전자현미경 분석에서도 기관 상피에는 H5N1이 거의 결합하지 못하는 것으로 확인됐다.
연구팀은 유선 상피세포 표면에 노출된 N-결합 시알산 수용체가 H5N1이 침투하고 증식하기에 적합한 환경을 제공하는 반면 기관은 필요한 수용체가 부족해 감염이 잘 일어나지 않는다고 설명했다.
이어 영국에서는 양의 H5N1 감염 사례가 처음 보고됐다며 각 동물 종과 조직의 수용체 분포를 미리 분석하면 H5N1이 새로운 숙주에 침입했을 때 호흡기 질환, 유선염, 신경계 질환 등 어떤 형태로 나타날지 예측할 수 있다고 말했다.
쿠치푸디 교수는 “지금까지는 시알산 수용체 존재 여부만 확인하는 경우가 많았지만 수용체의 세부 구조와 조직 내 위치까지 함께 분석해야 실제 감염 위험을 정확히 평가할 수 있다”며 “이 접근법은 미래 인플루엔자 대유행 위험을 평가하고 새로운 숙주 종을 조기에 식별하는 데 도움이 될 수 있다”고 말했다.
◆ 출처 : Science Advances, Suresh Kuchipudi et al., ‘Receptor Basis of Unusual Tissue Tropism of Avian Influenza H5N1 Clade 2.3.4.4b Virus in Cattle’, www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea2068
