[COVID-19] 진단(1) 바이러스 진단의 여러 방법들

COVID-19가 이슈가 된 초기부터, 함께 이슈가 되었던 것이 바로 진단법입니다.

 

 

이번 글부터는 COVID-19의 진단에 대해 이야기를 해보려고 하는데요,

현재 어떻게 진단하는지, 어떤 제품들이 사용되고 있는지

그리고 이슈가 되었던, 이슈가 되고있는 시사들을 알아보기 전에,

먼저 일반적인 바이러스 진단 방법에 대해 알아보겠습니다.

 

 

실험실에서 바이러스를 확인할 수 있는 방법은 크게 다음과 같이 나눌 수 있습니다. [1][2]

 

-      바이러스를 식별하는 전자 현미경 관찰법과 세포 배양법,

-      직접적으로 바이러스를 검출할 수 있는 항원 검출법과 유전자 검출법

-      그리고 면역 반응을 확인하는 혈청학적 검사법입니다.

 

 

 

1. 바이러스를 식별하는 방법

 

바이러스들은 전자현미경(electron microscopy; EM)으로 관찰이 되는데요,

일반적으로 바이러스는 관찰되는 형태에 근거하여 식별되고 이름이 붙여지게 됩니다.

 

 

코로나바이러스의 전자 현미경 관찰 모습 [출처: Wikipedia]

 

코로나바이러스도 발견되었을 당시 가장자리의 모양이 왕관이나 태양의 광륜과 비슷하다고 하여

이를 뜻하는 라틴어의 ‘corona(코로나)’를 사용하여 이름이 붙여졌다고 합니다.

                                                   

또한 세포 배양을 통해서도 바이러스를 식별할 수 있습니다.

사람을 포함한 동물 세포를 환자의 샘플과 함께 배양시키면, 만약 바이러스가 존재할 경우 바이러스가 세포를 감염시키면서 세포병변효과(cytopathic effect; CPE)가 일어나 바이러스의 존재를 확인할 수 있습니다.

 

이렇게 전자현미경이나 세포 배양을 통해 바이러스를 식별하는 것은 바이러스의 특성을 이해하고 백신과 치료제를 개발하는데 매우 중요하지만, 장비와 관련 시설을 유지하는 비용, 숙련된 연구자가 필요한 점, 시간이 오래 걸리는 점, 그리고 세포 오염 등의 문제로 인해 현재는 보편적인 진단 방법으로는 쓰이고 있지 않다고 합니다.

 

 

 

2. 간단한 바이러스 검출법

 

앞서 소개한 방법들은 바이러스 연구 초기에 주로 진행된 진단 방법이라면,

현대에는 빠르고 비교적 간단하게 진단할 수 있는 방법들이 개발이 되었습니다.

바로 항원 검출법과 유전자 검출법입니다.

 

항원 검출법이란 말그대로 바이러스의 항원을 검출하는 방법인데요, 여기서 ‘항원(antigen)’이란 쉽게 말해 바이러스 단백질이라고 생각하시면 됩니다. 이 단백질(항원, antigen)에 특이적으로 결합하는 항체(antibody)를 이용해 바이러스와 결합하는 것(항원-항체 결합반응)을 화학반응을 통해 색깔로 볼 수 있게 됩니다.

 

이 방법은 빠르고 간단하며 저렴한 특징이 있어 실제로 바이러스나 박테리아 감염의 진단으로 보편적으로 쓰이는 방법 중 하나입니다. 특히 검사 결과를 10분 내외로 빠르게 확인할 수 있는 스트립 타입(임신테스트기와 같은)으로 개발할 수 있어 신속 검사 즉, 현장 검사법(Point-Of-Care; POC)으로 활용이 될 수 있다는 장점이 있습니다.

 

 

항원 검출법은 박테리아나 바이러스 그 자체를 검출하는 방법이라면,

유전자 검출법은 그 안에 있는 유전자를 검출하는 방법입니다.

 

Polymerase chain reaction (PCR)이라는 기법을 사용하여 각 바이러스 마다 특이적인 유전자 부위를 증폭시켜 검출하게 됩니다. 특히 유전자 검출법은 아주 소량의 유전자 샘플도 검출해 낼 수 있고 최근에는 증폭되는 과정을 실시간으로 관찰해 분석하는 시간을 단축시킨 Real time PCR 기술이 개발되면서 진단법으로 더 많이 활용되고 있습니다.

 

참고: [COVID-19] 신종 코로나바이러스의 진단;(3) 분자 진단법의 원리, Multiplex Real time RT-PCR

 

 

 

 

3. 면역반응을 확인하는 방법

 

마지막으로 혈청학적 검사는 앞서 이야기한 항원-항체 반응을 이용하는 것인데요, 환자의 혈액을 채취해 바이러스의 항원과 결합하는 반응을 보인다면 그 환자에게는 바이러스가 침입한 적이 있어 바이러스에 대항하는 항체가 생산되었다는 것을 알 수 있어 진단에 이용될 수 있습니다.

 

**바이러스와 같은 외부 물질(항원)이 우리 몸에 들어왔을 때 우리 몸에서는 이에 대응하는 면역반응으로 항원에 결합하는 항체를 생성합니다.

 

 

 

요약하자면, 현미경 관찰, 세포 배양, 항원 혹은 유전자 검출 그리고 혈청학적 검사 등이 일반적으로 바이러스의 식별과 진단에 사용될 수 있고 항원 검출과 유전자 검출이 간편하고 빠른 방법으로 주로 개발되어 사용되고 있습니다.

 

 

 

이번 COVID-19의 진단에는 특히 유전자 검출 방법이 쓰이고 있으며, 혈청학적 검사법의 사용에 대한 필요성도 언급이 되고 있습니다. 따라서 다음 글에서는 이번 COVID-19의 진단에 사용되는 유전자 검출법과 혈청학적 검사법에 대해서 좀 더 자세히 알아보고 비교해보도록 하겠습니다.

 

 

 

1.     DIAGNOSTIC METHODS IN VIROLOGY, https://virology-online.com/general/Tests.htm

2.     Loeffelholz, M.J. and Y.W. Tang, Laboratory diagnosis of emerging human coronavirus infections - the state of the art. Emerg Microbes Infect, 2020. 9(1): p. 747-756.

3.     Zhu, N., et al., A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med, 2020. 382(8): p. 727-733.