1. 바이러스 명칭과 특성

코로나바이러스는 외피에 싸여 있는 포지티브 센스 단일 가닥(positive-sense single-stranded) RNA 바이러스로 크기는 80–220 nm이다. 외피에 20 nm의 왕관 모양과 같은 돌기(spikes)가 있어 전자현미경 사진에서 태양의 코로나(corona)처럼 보이기 때문에 코로나바이러스로 명명되었다. 사람과 동물에서 모두 질병을 일으킬 수 있다. 현재까지 알려진 RNA 바이러스군 중에서 가장 큰 유전체(genome)을 가지고 있다.16) 계통적으로 코로나바이러스는 Nidovirales 목(order) Coronaviridae 과(family)에 속하며 알파, 베타, 감마 및 델타의 4개의 속(genus)으로 다시 나뉜다. 인체 감염을 일으키는 사람 코로나바이러스(human coronavirus; HCoV)와 포유동물에게 감염을 일으키는 코로나바이러스는 알파 또는 베타 코로나바이러스에 속한다. HCoV-229E와 HCoV-NL63은 알파 코로나바이러스에 속하며, HCoV-OC43, HCoV-HKU1, SARS-CoV와 MERS-CoV는 베타 코로나바이러스에 속한다. 조류의 기관지염 바이러스와 일부 코로나바이러스는 감마 코로나바이러스에 속하고 최근에 발견된 일부 조류의 코로나바이러스는 델타 코로나바이러스에 속한다. 코로나바이러스의 핵산단백(nucleoprotein, N)이 RNA 유전체를 둘러싸서 코일관나선(coiled tubular helix) 형태를 이루며 이는 지질이 포함된 외피(E)에 둘러싸여 있다. 코로나바이러스의 외피는 2개 또는 3개의 당단백을 포함하고 있는데, 외피에 묻혀 있는 matrix 단백(M), 왕관 모양과 같은 돌기(spikes) 양상으로 외피 표면에 돌출된 S 단백과 일부 코로나바이러스에서만 존재하는 hemagglutinin esterase (HE)이다. S 단백이 중화 항체의 표적으로 작용한다. HE 또는 S 단백이 세포 수용체에 결합하면서 감염이 시작된다. 코로나바이러스의 유전체는 5개 단백에 대한 유전자를 공통적으로 가지고 있다. 바이러스 복제효소인 RNA dependent RNA polymerase (RdRp), S, E, M과 N 단백에 대한 유전자가 5′-RdRp-S-E-M-N-3′의 순서로 배열되어 있다.17)

2019년 12월에 중국 우한의 폐렴 환자들에서 분리된 바이러스는 전체 유전체 염기서열 분석 결과 베타 코로나바이러스에 속하고 SARS-CoV와 구별되는 새로운(novel) 코로나바이러스로 밝혀졌다.18) 이 바이러스의 염기 서열은 SARS-CoV와 MERS-CoV의 염기서열과 각각 79.0%, 51.8% 일치하였으며, 박쥐의 SARS-like coronavirus (bat-SL-CoVZC45)와는 약 87.6–89% 일치하여 가장 유사하였다.19, 20) 이 바이러스가 사람에서 검출된 새로운 코로나바이러스로서 치명적인 폐렴을 일으킬 수 있다고 처음 보고된 이후 2019 novel coronavirus (2019-nCoV)로 잠정적으로 불리다가, 2020년 2월 11일에 International Committee on Taxonomy of Viruses의 코로나바이러스 연구회(Coronaviridae Study Group)는 이 새로운 코로나바이러스의 계통발생학적(phylogenetic) 분석 결과에 근거하여 SARS-CoV-2로 명명하였다.21) 같은 날에 세계보건기구는 사람에서 발견된 새로운 감염병 원인체 명명 지침(WHO best practices for naming of new human infectious disease)에 따라 2019년 새로 발견된 코로나바이러스와 이에 의한 질환을 뜻하는 coronavirus disease 2019 (COVID-19)으로 명명하였다.5)

SARS-CoV-2 유전체 염기 서열 분석 자료에 근거하여 SARS-CoV-2의 병원소(reservoir)는 박쥐일 것으로 추정되지만 중간 숙주는 현재까지 밝혀지지 않았다. SARS-CoV와 MERS-CoV의 병원소는 박쥐이고 SARS-CoV의 중간 숙주로 흰코사향고양이(masked palm civet) 등이 추정되며, MERS-CoV의 중간 숙주는 단봉낙타(dromedary camel)로 알려져 있다.22, 23, 24, 25)

코로나바이러스의 돌기 단백(spike protein)은 숙주 및 조직 친화성(tropism)을 결정하며 수용체 결합 단백을 통해 숙주 세포막과 결합하여 세포 내로 침투한다.26) 수용체 결합 유전자(receptor-binding gene)의 구조가 SARS-CoV와 매우 유사하여 SARS-CoV-2가 세포에 침투할 때 SARS-CoV와 동일한 수용체를 이용할 것으로 추측되었으며, 이후 연구에서 SARS-CoV-2가 SARS-CoV와 마찬가지로 angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2)를 수용체로 이용함이 증명되었다.27, 28) 사람 코로나바이러스 중에서 HCoV-NL63 또한 ACE2에 결합하지만 SARS-CoV에 비교하여 결합력이 낮다. HCoV-229E의 수용체는 aminopeptidase N (CD-13)이고, HCoV-OC43의 수용체는 아직 밝혀지지 않았다. MERS-CoV의 수용체는 하기도의 dipeptidyl peptidase-4 (DPP4)이다.28)

SARS-CoV-2는 기관지폐포세척액 검체에서 최초로 분리되었으며18), 이후 바이러스 RNA가 비인두와 목구멍 도말 검체뿐만 아니라, 혈액, 대변, 소변, 타액 등에서도 검출되었다.29, 30)

2. 바이러스 전파

중국 우한에서 COVID-19 감염 발생 초기에는 의료종사자의 감염이 보고되지 않아 사람에서 사람으로의 전파 가능성이 낮을 것으로 추정되었다. 그러나 우한에서 역학적 위험 요인으로 여겨졌던 수산 시장 방문력이 없는 환자가 발생하였고 지역 사회 및 중국 외 국가에서 환자가 발생하면서 사람에서 사람으로의 전파가 인정되었다.20, 31)

HCoV-229E, OC43, NL63, 그리고 HKU1의 전파 방식은 명확하게 밝혀져 있지 않지만, 다른 호흡기 바이러스와 마찬가지로 비말과 직접 및 간접 접촉을 통해 전파가 일어난다.16) 에어로졸로도 전파가 가능한 지에 대해서는 명확하게 알려진 바는 없다. MERS-CoV의 경우 비말과 직접 접촉이 가장 흔한 전파 경로이고 간접 접촉과 에어로졸로도 전파될 수 있으며 대변-구강 경로로의 전파도 가능할 것으로 보인다.10, 16) SARS-CoV의 주요 전파 경로도 비말과 직접 접촉이다. 분무기 치료나 기관 삽관과 같은 에어로졸이 생성되는 경우에 전파력이 증가하였다는 보고가 있다. 대변을 통한 전파도 가능할 것으로 여겨지지만 명확한 증거는 없다.10) SARS-CoV-2의 전파 경로는 SARS-CoV와 MERS-CoV와 동일할 것으로 추정되며, 호흡기 분비물 또는 비말이 주요 전파 경로이다. 바이러스가 포함된 호흡기 분비물이 스테인리스 철판 혹은 플라스틱 등과 같은 물체 표면에 묻어 수 시간 동안 생존할 수 있기 때문에 이런 표면을 통한 간접 전파도 가능할 것으로 보인다.32, 33) 공기 전파는 현재까지 보고되지 않아 주요 전파 경로로 여겨지지 않는다. 다만 병원과 같은 환경에서 에어로졸을 생성하는 시술을 하는 경우에 공기 전파가 제한적으로 발생할 가능성이 있다. SARS-CoV-2의 RNA가 혈액, 소변 및 대변에서도 검출되지만 감염력이 있는 바이러스가 존재하여 이들을 통한 전파가 가능한지는 알려지지 않았다.29)

SARS-CoV-2는 전파 속도가 매우 빨라 SARS-CoV가 확산되었던 속도보다 더 빠르게 전 세계로 확산되고 있다. 2019년 12월 31일에 중국 우한 지역에서 원인미상의 폐렴이 유행하고 있다고 공식 보고된 후 채 3개월이 지나기도 전인 2020년 3월 5일에 중국에서는 80,555명, 중국 외 90개국에서 17,821명의 확진 환자가 발생하였고, 3월 11일에는 전 세계 적어도 114개국으로 감염이 확산되었으며 4,000명 이상 사망하여, 세계보건기구는 2020년 3월 11일에 COVID-19가 세계적 대유행(pandemic)이라고 선언하였다.8) 이는 SARS-CoV가 2002년 11월 16일에 처음 확인된 후 2003년 7월까지 29개국에서 8,096명의 확진 환자와 774명의 사망자를 발생시켰으나 세계적 대유행의 가능성이 없다고 판단되었던 것과 차이가 있다. 한편 2009년 4월에 새로운 H1N1 인플루엔자 바이러스(H1N1pdm09 virus)가 출현한 후 전 세계로 빠르게 확산하여 2009년 6월 11일에 세계보건기구가 세계적 대유행임을 선포하였을 때 74개국에서 약 3만명의 확진 환자가 보고되었다.34)

SARS-CoV-2의 전파력에 대하여 현재까지 상황이 지속적으로 변하고 있어 정확하게 알려진 바는 없다. 2020년 1월 1일부터 2월 7일까지 발표된 논문 중에서 12개의 연구를 분석하였을 때 SARS-CoV-2의 기초생산지수(basic reproduction number, R₀; 한 사람의 감염자가 전염가능 기간 동안에 직접 감염시키는 평균 인원수)는 1.4–6.49로 추정되었으며, R₀의 평균은 3.23, 중앙값은 2.79이었다.35) 향후 역학 자료가 더 쌓이면 R₀는 변경될 수 있지만 2–3 정도로 예측된다.

SARS-CoV의 경우에 전파가 일어나는 시기는 임상증상 발생 수일 후이며 증상 발생 10일경에 호흡기에서 바이러스의 양이 가장 높은 것과 일치한다.10) SARS-CoV의 경우 임상 증상 발생 5일 이내에 환자를 격리하면 이차 감염이 발생하는 경우가 적었고 증상 발생 직후에 격리하는 방법으로도 전파를 효과적으로 차단할 수 있었다. 그러나 SARS-CoV-2의 전파가 감염의 어느 시기에 일어나는 지는 현재까지 명확하지 않다. 일반적으로 호흡기 바이러스는 증상이 있을 때 전염력이 가장 높기 때문에 SARS-CoV-2도 증상이 있을 때 전염력이 가장 높을 것으로 여겨진다. 중국에서 18명의 환자를 대상으로 상기도 검체에서 SARS-CoV-2 양을 추적 조사한 연구에 의하면36) 임상 증상 발생 직후에 바이러스의 양이 가장 많았고 이후 점차 감소되는 양상으로 인플루엔자의 바이러스 배출 양상과 유사하였다. 이 연구 결과는 SARS-CoV-2의 전파가 증상 발생 초기 수일 동안에 일어날 수 있음을 시사하였다. 또한 이 연구에서 1명의 무증상 감염자의 상기도에서 검출된 바이러스 양은 나머지 유증상자의 상기도에서 검출된 바이러스 양과 유사하였다. 이는 무증상 감염자 또는 증상이 경한 경우에도 바이러스 전파가 가능할 수 있음을 나타낸다. 실제로 우리나라에서 전파 양상을 고려하여 보았을 때 감염의 초기에 주로 전파가 발생하는 것으로 보인다. 또한 증상이 없는 가족으로부터 가족 내에서 전파가 일어난 경우가 최근에 보고되었다.37) 즉, SARS-CoV-2의 전파는 감염의 초기부터 발생하고 증상이 없거나 가벼운 경우에도 일어날 수 있다. 이는 SARS-CoV의 전파와는 다른 양상으로 SARS-CoV-2에 의한 감염의 경우 증상이 있는 환자를 찾아서 격리하는 방법으로 바이러스의 전파를 효과적으로 차단하지 못할 수도 있음을 시사한다. 그러나 환자가 자신의 증상을 미처 자각하지 못했거나 고령 또는 기저질환으로 주변에서 인지하지 못했을 가능성 등도 있어 무증상자의 감염 전파 가능성에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다. 임상 증상 발생 직전 잠복기에 전염력이 있는지는 현재까지 알려진 바가 없다.

SARS-CoV-2가 임신부에서 태아로 수직 감염이 가능한 지에 대해서도 알려진 바가 많지 않다. 2002–2003년 SARS-CoV 유행 시기에 12명의 산모의 감염이 보고되었다.38) 이 중 3명(25%)의 임신부가 사망하였고 4명은 유산하였다. 분만은 5명에서 이뤄졌고 분만 당시에 임신 나이는 26–37주였으며, 출생한 신생아 5명 중 2명은 자궁내발육지연이 있었다. 5명의 신생아는 SARS-CoV의 감염의 증거가 없었다. 임신 중에 MERS-CoV 감염이 확인된 임신부들의 증례를 합쳐 문헌 고찰하였는데, 총 9명의 임신부가 증례 보고되었으며 이 중에 5명이 집중치료실에 입원하였고 3명(33.3%)이 사망하였다.39) 사산이 2례 있었고 임신나이 32주에서 만삭에 5명이 출생하였으며 신생아 모두 MERS-CoV 감염은 없었다. SARS-CoV-2가 임신에 미치는 영향을 알아보기 위한 연구 결과가 최근에 보고되었다.40) 임신 3기에 SARS-CoV-2 폐렴으로 진단받은 9명의 산모를 대상으로 제왕절개술을 실시하였으며 SARS-CoV-2 검출은 양수, 제대혈, 모유, 신생아의 구인두 도말 검체에서 실시하였다. 9명의 산모 중에서 심한 폐렴으로 진행하거나 사망한 경우는 없었으며 사산도 없었다. 양수, 제대혈, 모유, 신생아의 구인두 도찰 검체에서 SARS-CoV-2는 검출되지 않았다. 즉, 임신 3기에 COVID-19 폐렴으로 진단된 산모로부터 태아로의 수직 감염은 발생하지 않을 것으로 예상된다. 그러나 대상 임신부의 수가 매우 적고 임신 3기의 감염만 포함되어 있어 임신 초기 또는 중기의 감염이 임신부와 태아에 미치는 영향에 대해서는 현재로서는 평가할 수 없다.

3. 임상 양상

COVID-19의 잠복기의 중앙값은 5.1일이며,41) 2–14일로 알려져 있다.31) 가족 내에서 발생한 사례를 분석하였을 때 노출 후 3–7일 경에 열과 호흡기 증상이 발생하였다. 열, 마른 기침, 피로감이 주요 증상이며, 코막힘, 콧물, 인후통, 근육통 등은 비교적 드물게 나타난다.42) 발병 초기에 드물지만 두근거림, 설사, 두통과 같은 호흡기와 무관한 증상이 먼저 나타나기도 하였다. 병의 초기에 열이 없는 경우도 있었다. COVID-19는 무증상 감염부터 폐렴 및 사망까지 일으킨다. 그러나 확진 당시에는 아무 증상이 없었던 감염자의 대부분에서 이후에 증상이 발생하였기 때문에 실제 무증상 감염의 비율이 어느 정도인지는 명확하지 않다.

2020년 2월 20일까지 중국의 국가보고시스템(National Reporting System)에 보고된43) 55,924명의 확진 환자의 연령 중앙값은 51세(2일–100세)였으며 30–69세가 77.8%를 차지하였고 남자가 51.1%이었다. 보고된 확진 환자의 약 80%는 폐렴이 발생하지 않았거나 경증 및 증등도 폐렴이었고 약 14%가 중증 폐렴이었으며 약 6%는 호흡 부전, 쇼크, 다발성 장기부전과 같은 위중한 상태였다. 중국의 COVID-19에 의한 치명률은 3.8%로, 첫 발원지인 우한의 경우는 5.8%, 우한 외 지역은 0.7%로 알려졌다. 심한 폐렴 또는 사망의 위험 요인으로 알려진 것은 60세 이상의 나이와 고혈압, 당뇨, 심혈관계 질환, 만성 폐질환 및 암과 같은 기저 질환이다. 혈액 검사에서 백혈구 감소, 림프구 감소와 C-반응 단백의 경한 상승이 관찰된다. 심한 폐렴이 발생하면 백혈구 증가, 중성구 증가, 크레아틴 키나아제 증가 등이 나타난다. 흉부 컴퓨터 단층촬영에서 양쪽 폐에 젖빛유리혼탁소견(ground glass appearance), 간질 침윤, 또는 다발 부분 경화 소견 등이 관찰되었다.44)

우한의 한 병원에서 COVID-19 폐렴의 특징을 중증도에 따라 분석하였다.45) 138명의 폐렴 환자 중 36명이 집중치료가 필요한 심한 폐렴에 속하였다. 이 36명의 평균 나이는 66세였고 집중치료가 필요하지 않았던 나머지 102명의 평균 나이는 51세였다. 심한 폐렴인 경우 고혈압, 당뇨 등과 같은 기저 질환을 동반한 경우가 더 많았다. 심한 폐렴이 있었던 경우 증상 시작부터 호흡곤란이 발생하기까지 기간은 5일이었고 급성호흡곤란증후군으로 진행까지 기간은 8일이었다. 연구 발표 당시까지 6명이 사망하여 치명률은 4.3%이었다. 사망한 예에서 발병 후 7일 이후부터 총 백혈구 수의 증가가 나타났고 중성구 비율이 증가하였으며 림프구의 수가 감소하였다.

한편, SARS-CoV에 의한 감염의 가장 흔한 증상은 열이며, 근육통, 오한, 피로감과 같은 전신 증상으로 시작하여 발병 수일 후부터 일주일 경에 마른 기침, 호흡곤란이 발생한다. 콧물이나 인후통과 같은 상기도 감염 증상은 드물며 병의 후반기에 수양성 설사가 10–25%에서 발생한다. 환자의 20–30%는 집중치료가 필요하였으며 사망률은 약 10%로 발병 3주째에 주로 발생하였고, 60세 이상 환자의 경우 치명률이 50% 이상이었다.

MERS-CoV의 경우 신부전과 같은 기저 질환이 동반된 경우에 특히 중증으로 진행하여 발병 수일 후부터 기침과 호흡 곤란이 발생하고 흉부 X선 영상 촬영에서 한쪽 또는 양쪽 폐야에 폐렴성 침윤이 발생하였으며 이후 급격히 악화되어 인공호흡기 치료가 필요하게 되었다. 치명률은 약 35%이며 약 25%에서 구토, 설사, 복통과 같은 증상이 동반되었다.10)