PHWR 질병관리청 공식학술지
주간 건강과 질병(Public Health Weekly Report)

2019년 중국 우한에서 처음 보고된 코로나바이러스감염증-19(코로나19)는 전 세계적으로 확산되었으며, 우리나라에서도 2023년 6월 현재 3,200만 명 이상 감염되고, 3만 명 이상 사망을 일으킨 팬데믹 감염병이 되었다[1]. 코로나19에 대한 적극적인 대응을 위해 2020년 9월 질병관리청이 개청되었고, 소속기관으로 권역별 질병대응센터가 전국 5개 권역에 신설되어 각 권역에서의 코로나19를 비롯한 감염병 대응 업무를 수행하고 있다. 충청권질병대응센터에서는 충청권역 코로나19 대응을 위해 코로나19 바이러스 검사 및 변이 분석을 수행하고 있으며 분석 결과를 제공함으로써 과학적인 방역을 위한 근거를 제시하고자 하였다.

코로나19는 지속적으로 새로운 변이 바이러스를 발생시키고 있으며, 이에 세계보건기구(World Health Organization, WHO)는 주요 변이 바이러스(variants of concern), 기타 변이 바이러스(variant of interest)와 모니터링 변이 바이러스(variant under monitoring)로 분류하여 관리하였으며, 각 변이 바이러스의 발생 현황 및 공중보건에 미치는 영향 등을 평가하여 주기적으로 업데이트하고 있다[2,3].

영국에서 알파 변이 바이러스가 2020년 9월 처음 보고된 이후 베타 및 감마 변이 바이러스가 차례로 발생하였고 인도에서 발생한 델타 변이 바이러스는 빠른 전파력으로 전 세계적으로 확산이 되었고, 이후 오미크론 변이 바이러스는 남아프리카 공화국에서 첫 보고 후 빠른 전파속도와 높은 면역회피로 전 세계적으로 빠르게 확산이 되었다[4,5].

오미크론 이전에 발생했던 변이 바이러스는 스파이크 단백질(spike protein)의 특정 변이 부위를 확인함으로써 변이의 구분이 대부분 가능하였으며, 이러한 특징을 이용하여 타겟 유전자 분석(Sanger sequencing) 및 변이 PCR 분석(real-time polymerase chain reaction)을 통하여 변이 바이러스 분석을 수행하였다. 하지만 오미크론 변이 바이러스는 스파이크 단백질뿐 아니라 바이러스의 다른 부위에도 많은 변이를 가지고 있어, 전장 유전체 분석(next generation sequencing)을 이용한 분석 방법을 통해서 정확한 오미크론의 세부계통을 확인할 수 있게 되었다.

이 글에서는 위 분석법들을 통해 2021–2022년 충청권질병대응센터에서 분석한 코로나19 변이 바이러스의 감시 결과를 기술하여 충청권의 변이 바이러스 유행 현황을 알아보고자 한다.

1. 분석 대상

충청권질병대응센터에서는 2021년 2월 26일부터 2022년 12월 31일까지 검역소, 4개 보건환경연구원(대전, 세종, 충남, 충북), 수탁검사기관 및 민간병원에서 수집된 코로나19 검체를 대상으로 총 15,386건의 변이 바이러스 검사를 수행하였다. 수도권 지역에서 수집된 검체에 대한 분석도 6,437건 수행하였으나, 본 감시 결과에서는 충청권역에서 수집된 검체에 대한 분석 결과만 기술하고자 한다. 충청권역에서의 국내감염을 통한 검체는 14,598건이었고, 해외유입을 통한 검체는 788건이었으며 해외입국 국가로는 베트남(162명), 미국(96명), 필리핀(56명) 및 태국(42명) 순으로 입국자가 많았다.

2. 분석 방법

변이 분석을 위해 타겟 유전자 분석, 변이 PCR 분석, 전장 유전체 분석 방법을 수행하였고, 이 분석 방법들은 본청 신종병원체분석과로부터 검사기술을 이전 받았다. 2021년 2월에 스파이크 단백질 타겟 유전자 분석 방법을 기술이전 받았고, 2021년 7월에는 변이 PCR 분석 방법을 기술이전 받았다[6]. 2022년 2월에는 전장 유전체 분석을 이용한 코로나19 변이 바이러스 분석 방법을 기술이전 받음으로써 코로나19 변이 바이러스를 신속하고 정확하게 분석할 수 있는 기반을 갖추게 되었다[7]. 타겟 유전자 분석법은 스파이크 단백질의 염기서열을 생산 후 분석하는 방법으로 기존 알려진 주요 및 기타 변이 바이러스 확인 및 신규 변이 부위를 확인 가능한 효과적인 분석 방법이다. 변이 PCR 분석법은 특정 변이 부위(E, RdRp, N 등)를 증폭하여 검출하는 방법으로 기존 주요 변이 바이러스의 특정 변이 부위만 탐지 가능하여 변이 구분이 한정적인 단점이 있으나, 짧은 소요시간과 적은 바이러스양으로 검출 가능한 장점이 있다. 전장 유전체 분석법은 바이러스 전체 염기서열(약 3만 개)을 생산 후 분석하는 방법으로 신규 변이 바이러스 확인이 가능하고 역학적 연관성 확인 및 바이러스 진화 양상 규명에 가장 정확하고 적합한 방법이다[6]. 충청권질병대응센터에서는 검사의 목적과 상황에 맞게 분석법을 적용하여 변이 분석을 수행하였다. 해외유입 및 국내감염을 포함하여 충청권역 발생 건의 20% 이상을 변이 분석하고자 하였으며, 확진자가 폭증하는 시기에는 집단 사례별 2건 이상 분석한 변이 결과를 대응 부서에 제공함으로써 코로나19 역학조사 및 감염병 대응에 과학적 근거로 활용되도록 하였다.

충청권질병대응센터에서는 2021년 2월 26일부터 코로나19 바이러스 유전자 분석을 시작하여 2022년 12월 31일까지 총 15,386건(해외유입 788건, 국내감염 14,598건)에 대한 유전자 변이 분석을 실시하였다. 그 결과 주요 변이로 알파 변이 바이러스 279건(1.81%), 베타 변이 바이러스 4건(0.03%), 델타 변이 바이러스 2,773건(18.02%), 오미크론 변이 바이러스 10,997건(71.47%)의 변이 분석이 가능하였다. 기타 변이로는 엡실론 변이 바이러스 24건(0.16%), 카파 변이 바이러스 1건(0.01%)도 확인할 수 있었다. 국내감염 사례 검체에서는 알파 변이 바이러스 263건(1.80%), 델타 변이 바이러스 2,687건(18.41%), 오미크론 변이 바이러스 10,321건(70.70%)이 주요하게 확인되어, 알파 변이 바이러스(2021년 4월, 7.4%), 델타 변이 바이러스(2021년 7월, 48.7%), 오미크론 변이 바이러스(2022년 2월, 97.1%)가 충청권에서도 주요하게 유행이 되었음을 알 수 있었다(표 1, 그림 1). 국내감염 사례 월별 변이점유율을 보면, 변이 분석 초기인 2021년 3월에 충청권에서는 알파 변이 바이러스 유행에 앞서 엡실론 변이 바이러스가 약간 검출되었고 이후, 알파, 델타에 이어 오미크론 순으로 변이 바이러스의 우세종이 변화하였음을 알 수 있다. 충청권 국내감염 사례에서의 변이 양상은 해외유입 사례에서의 변이 양상과 비교해보면, 알파 변이 바이러스의 경우 2021년 3월부터 해외유입 사례에서 검출되고 4월(50.0%)에 우세종이 되었으며, 국내감염 사례에서도 4월(7.4%)에 우세종이 되었다. 델타 변이 바이러스의 경우에는 해외유입(2021년 6월, 57.1%) 사례에서보다 국내감염(2021년 7월, 48.7%) 사례에서 한 달 정도 늦게 우세종이 되었고, 오미크론에서도 해외유입(2022년 1월, 88.9%) 사례보다 국내감염(2022년 2월, 97.1%) 사례에서 늦게 우세종이 된 것으로 보아 각 변이별로 해외유입 발생 이후 국내감염 사례로 이어졌다는 것을 알 수 있다(그림 1). 지역적으로 보면 충청권에서는 충청권 내 다른 지역보다 충북 지역에서 한 달 정도 먼저 알파 변이 바이러스가 우세하게 시작되었음을 알 수 있다. 세종 지역은 충청권 내 다른 지역보다 다소 늦게 알파 변이 바이러스가 유행하였고, 알파 변이 바이러스의 짧은 유행 이후 델타 변이 바이러스가 우세화되었다. 델타 변이 바이러스 우세화 이후에는 충청권역 모든 지역에서 오미크론 변이 바이러스가 우세종이 된 것을 알 수 있었다(그림 2). 기존 보고된 자료를 이용하여 국내 전체의 변이형 분포변화를 살펴보면 국내 전체 해외유입 사례에서 알파 변이 바이러스가 2021년 4월(39.0%)까지 우세종이었다가 델타 변이 바이러스가 5월(39.3%)부터 우세종이 되었으며, 국내감염 사례에서는 알파 변이 바이러스가 2021년 6월(24.4%)까지 우세종으로 보이다가, 2021년 4월 델타 변이 바이러스의 국내유입 이후 델타 변이 바이러스가 7월(59.6%)부터 우세종이 되었으며, 오미크론 변이 바이러스의 경우 해외유입 사례에서 2021년 12월(52.8%) 우세종이 되었고 국내감염 사례에서는 2022년 1월(63.9%)에 우세종이 되었다[2].

Figure 1. 충청권 코로나바이러스감염증-19 변이 바이러스 점유 현황
(A) 충청권(해외유입). (B) 충청권(국내감염).

Figure 2. 충청권 지역별 코로나바이러스감염증-19 변이 바이러스 점유 현황
(A) 지역별(대전광역시). (B) 지역별(세종시). (C) 지역별(충청남도). (D) 지역별(충청북도).

표 1충청권 코로나바이러스감염증-19 변이 바이러스 검출 현황

변이유형	변이 건수	구분
		해외유입	국내감염
주요 변이(VOC)
알파 변이	279	16	263
베타 변이	4	1	3
감마 변이	0	0	0
델타 변이	2,773	86	2,687
오미크론 변이	10,997	676	10,321
기타 변이(VOI)
엡실론 변이	24	0	24
제타 변이	0	0	0
에타 변이	0	0	0
쎄타 변이	0	0	0
이오타 변이	0	0	0
카파 변이	1	1	0
람다 변이	0	0	0
뮤 변이	0	0	0
그 외 변이(VUM 포함)
주요 변이 및 기타 변이 이외 변이	1,308	8	1,300
계	15,386	788	14,598

2021년 2월 26일(변이 분석 개시일)–2022년 12월 31일 충청권질병대응센터 검사 기준. VOC=variant of concern (유행 시 WHO 기준 적용); VOI=variant of interest (유행 시 WHO 기준 적용); VUM=variant under monitoring (유행 시 WHO 기준 적용); WHO=World Health Organization..

분석 방법별로 타겟 유전자 분석 5,567건, 변이 PCR 분석 8,398건, 전장 유전체 분석 1,421건을 수행하였다(그림 3). 오미크론 변이 바이러스로 인해 변이가 더욱 다양해지면서 신규 변이 바이러스를 찾는 데에는 타켓 유전자 분석 또는 전장 유전체 분석이 더욱 적절하게 활용될 수 있었으며, 변이 PCR 분석은 변이 분석 초기 알파, 베타, 감마, 델타 등 주요 변이를 스크리닝하는 데에 유용하게 사용되었다. 오미크론의 일부 하부계통 분석은 타켓 유전자 분석법으로도 가능하지만, 전장 유전체 분석을 통해 더욱 정확하게 세부 변이 분석이 될 수 있었으며 변이가 진행될수록 더욱 복잡해지는 오미크론 내 변이를 분석하기 위하여 전장 유전체 분석이 필수적이었다. 충청권질병대응센터에서도 전장 유전체 분석을 통해 오미크론의 정확한 세부계통 분석이 가능해졌으며, 특히 XBB 등 오미크론 내 재조합 변이는 전장 유전체 분석을 통해 변이를 정확하게 확인할 수 있었다.

Figure 3. 충청권 코로나바이러스감염증-19 변이 바이러스 월별 분석 건수
NGS=next-generation sequencing; PCR=polymerase chain reaction; Sanger=Sanger sequencing.

알파 변이 바이러스 유행 전에 발견되었던 엡실론 변이 바이러스는 미국 캘리포니아 변이 바이러스라고 일컬어지기도 했는데, 코로나19 초기 충청권역에서 발견된 엡실론 변이 바이러스는 그 전에 있던 바이러스보다 20% 이상 전파력이 강한 변이 바이러스로 알려져 있다[8]. 충청권역에서 엡실론 변이 바이러스가 코로나19 변이 분석 초기에 대전과 충남 지역에서 확인이 되었는데, 이러한 변이 감시 결과는 역학조사에 과학적인 근거로서 감염병 대응에 기여할 수 있었다. 충북지역에서의 알파 변이 바이러스는 충청권 내 다른 지역보다 한 달 정도 먼저 발생하고 점유율도 다른 지역보다 많았던 것이 확인되었는데, 이러한 변이 감시 결과 역시 충북지역 알파 변이 바이러스에 대한 대응 강화 필요성을 인지하고 조기 대응할 수 있는 과학적 근거가 되었다. 이번 충청지역 변이 감시 결과를 기존 보고된 전국 변이 감시 결과와 국내감염 사례에서 비교하여 보면 충청지역은 전국의 변이(알파, 델타, 오미크론) 우세화 변화 시기와 비슷하거나 약간 늦게 변화를 보이는 것을 알 수 있었다. 2023년 5월 WHO에서 코로나19에 대한 국제적 공중보건 비상사태(public health emergency of international concern)를 해제하였다. 코로나19 바이러스의 병원성이 많이 약화되었지만, 현재에도 코로나19 바이러스는 변이를 일으키며 전파가 진행되고 있고, 오미크론 변이 바이러스에 이어 앞으로 또 어떤 변이가 생겨나고 유행이 될지 예측이 쉽지 않다. 새로운 변이가 전파력 및 면역회피능이 증가할 수 있는 가능성이 있는 만큼 앞으로도 해외유입뿐 아니라 국내 발생 신규 변이에 대한 실험실 감시가 지속적으로 필요할 것으로 생각된다. 권역별 질병대응센터에서도 신규 변이 감시를 위한 노력을 지속하여 각 권역의 감염병 지킴이로서의 역할이 더욱 필요할 것이다. 충청권역에는 중국을 비롯한 동남아 지역으로부터의 왕래가 많은 군산항, 평택항, 청주공항 등이 있다. 충청권질병대응센터는 이들 항만과 공항을 통해 유입 가능한 코로나 및 다른 해외유입 감염병에 대한 철저한 실험실 감시를 통해 충청권뿐 아니라 국내로 유입되는 감염병 차단을 위한 노력을 지속할 예정이다.

Acknowledgments: Thanks to the Division of Emerging Infectious Diseases for supporting of the surveillance of the COVID-19 virus variants.

Ethics Statement: Not applicable.

Funding Source: None.

Conflict of Interest: The authors have no conflicts of interest to declare.

Author Contributions: Conceptualization: SDH, JHC. Data curation: SDH, JMH. Investigation: YNY, SJ. Methodology: JMH. Project administration: JHC. Resources: JMH, YNY, SJ. Writing – original draft: SDH, JMH. Writing – review & editing: JHC.