코로나 사태의 과학적 규명과
포스트코로나 시대의 신종 감염병에 대응하기 위한 전략
전 인류의 삶에 막대한 영향을 끼치고 있는 코로나 사태는 변이 바이러스의 발생까지 더불어 그 피해가 장기적으로 극심해지고 있다. 이 책에서는 SARS-CoV-2 및 COVID-19에 관한 보도기사, 책, 의과학적 국제저널 등의 자료를 바탕으로 코로나 사태의 원인 및 현상에 대해 기술하였으며 생물공학, 의료 기술 관점에서 포스트코로나 시대의 대처 방안을 제시하였다. 이 책이 현재의 코로나 사태 관련 정보를 의과학적인 융복합 관점에서 정확히 파악하는 데 도움이 되어, 향후 발생 가능성이 있는 신종 코로나바이러스 및 팬데믹 전염병에 현명하게 대처할 수 있기를 바란다.
수상 도서
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들어가며 ‧ 5
1장 COVID-19 개념 및 발생 경위
1. SARS-CoV-2의 근원 ‧ 11
2. SARS-CoV-2 감염증 COVID-19 ‧ 20
3. SARS-CoV-2의 확산 ‧ 25
2장 진단 키트 개발
1. 진단 키트의 원리와 종류 ‧ 35
2. 국내외 진단 키트 개발 현황 ‧ 49
3. 현 진단 키트에 요구되는 개선점 ‧ 53
3장 백신 및 치료제 개발
1. 국내외 신약 및 의료 기술 개발 현황 ‧ 58
2. 접종 방침 및 현황 ‧ 64
3. 백신 및 치료제의 부작용 ‧ 67
4장 인공지능 및 빅데이터
1. AI 기반 진단 기술 ‧ 73
2. 치료용 신약 및 의료 기술 개발을 위한 빅데이터 기반 통계분석 ‧ 77
3. AI를 활용한 미래형 유통 및 가전 시스템 ‧ 81
5장 포스트코로나 시대 대처 방안
1. 백신 라이브러리 ‧ 87
2. 의료시설 확충 및 원격의료 시스템 ‧ 88
3. 변이 바이러스 ‧ 94
6장 의과학 논문 총설
나가며: 코로나 종식 및 안전 사회 구축을 위하여 ‧ 157
참고문헌 ‧ 159
1장 COVID-19 개념 및 발생 경위
1. SARS-CoV-2의 근원 ‧ 11
2. SARS-CoV-2 감염증 COVID-19 ‧ 20
3. SARS-CoV-2의 확산 ‧ 25
2장 진단 키트 개발
1. 진단 키트의 원리와 종류 ‧ 35
2. 국내외 진단 키트 개발 현황 ‧ 49
3. 현 진단 키트에 요구되는 개선점 ‧ 53
3장 백신 및 치료제 개발
1. 국내외 신약 및 의료 기술 개발 현황 ‧ 58
2. 접종 방침 및 현황 ‧ 64
3. 백신 및 치료제의 부작용 ‧ 67
4장 인공지능 및 빅데이터
1. AI 기반 진단 기술 ‧ 73
2. 치료용 신약 및 의료 기술 개발을 위한 빅데이터 기반 통계분석 ‧ 77
3. AI를 활용한 미래형 유통 및 가전 시스템 ‧ 81
5장 포스트코로나 시대 대처 방안
1. 백신 라이브러리 ‧ 87
2. 의료시설 확충 및 원격의료 시스템 ‧ 88
3. 변이 바이러스 ‧ 94
6장 의과학 논문 총설
나가며: 코로나 종식 및 안전 사회 구축을 위하여 ‧ 157
참고문헌 ‧ 159
정희진
현 홍익대학교 바이오화학공학과 조교수(2018-)
하버드의과대학 다나파버암센터 리서치펠로(-2017)
도쿄공업대학 특임조교수(-2016)
도쿄공업대학 박사후연구원(-2014)
도쿄대학 화학생명공학과 박사(2013)
서울대학교 화학생물공학과 석사(2010)
도호쿠대학 화학바이오공학과 학사(2008)
김종표
현 홍익대학교 바이오화학공학과 박사과정(2022-)
홍익대학교 바이오화학공학과 석사(2022)
홍익대학교 바이오화학공학과 학사(2019)
『실험으로 배우는 유전자 클로닝과 항체공학』(2021) 및 생물학연구정보센터 동향리포트 「현장진단검사(Point of care testing) 연구 동향 및 적용 분야」(2021), 「천연물을 활용한 신약 개발 동향」(2021), 「Chemical biology를 활용한 연구 개발 동향」(2019)을 집필하였다.
현 홍익대학교 바이오화학공학과 조교수(2018-)
하버드의과대학 다나파버암센터 리서치펠로(-2017)
도쿄공업대학 특임조교수(-2016)
도쿄공업대학 박사후연구원(-2014)
도쿄대학 화학생명공학과 박사(2013)
서울대학교 화학생물공학과 석사(2010)
도호쿠대학 화학바이오공학과 학사(2008)
김종표
현 홍익대학교 바이오화학공학과 박사과정(2022-)
홍익대학교 바이오화학공학과 석사(2022)
홍익대학교 바이오화학공학과 학사(2019)
『실험으로 배우는 유전자 클로닝과 항체공학』(2021) 및 생물학연구정보센터 동향리포트 「현장진단검사(Point of care testing) 연구 동향 및 적용 분야」(2021), 「천연물을 활용한 신약 개발 동향」(2021), 「Chemical biology를 활용한 연구 개발 동향」(2019)을 집필하였다.
코로나19는 무엇이고 어떻게 발생하였는가?
의과학적 융복합 관점에서 파악하는 코로나19,
그리고 포스트코로나 시대 신종 감염병 대응 전략
2019년 12월, 중국 우한시에서 폐렴과 유사한 증상을 호소하는 호흡기 질환 환자가 대규모로 발생하였다. 중국 질병예방통제센터에서는 새로운 코로나바이러스가 검출되었음을 밝혔으며, SARS-CoV-2로 명명된 이 바이러스는 중국뿐만 아니라 전 세계로 확산되었다. 세계보건기구는 이 감염증이 2019년에 발생한 점을 바탕으로 코로나바이러스감염증-19(COVID-19)로 명명하였다. 2020년 3월 세계보건기구는 전염병의 세계적인 대유행을 의미하는 팬데믹을 선언하였으며, 여러 변이 바이러스가 발생하며 그 피해가 장기적으로 극심해지고 있다.
이 책에서는 SARS-CoV-2가 발생한 이유와 전파 과정, 그로 인해 발생한 COVID-19을 치료하고 예방하는 방법은 무엇인지 설명한다. 관련 보도기사, 책, 의과학적 국제저널 등의 자료를 바탕으로 현재 코로나 사태의 원인 및 현상에 대해 기술한 내용으로 구성되어 있으며, 유전자공학, 단백질공학, 항체공학을 전공하고 진단 키트 및 바이오의약품 개발 관련 연구를 진행 중인 필자의 경험을 바탕으로 관련 자료를 분류, 분석, 정리하였다. 현재까지 알려진 SARS-CoV-2 및 COVID-19의 원인 및 진단, 치료제에 대해 설명하고, 생물공학, 의료 기술 관점에서 포스트코로나 시대의 대처 방안을 제시하였다.
1장에서는 COVID-19 개념 및 발생 경위를 살폈으며 2, 3장에서는 각각 진단 키트와 백신 및 치료제 개발에 대해 다루었다. 4장에서는 질병 진단과 신약 및 의료 기술에 관련된 인공지능 및 빅데이터 기술을 정리하였고 5장에서는 포스트코로나 시대 대처 방안을 논의하며 백신 라이브러리, 의료시설 확충과 원격의료 시스템 등을 소개하였다. 마지막 6장에는 전 세계적으로 활발히 발표되고 있는 관련 논문 중에서 대표적인 총설 논문 3가지를 번역, 요약, 정리하여 기술하였다. 이 책을 통해 현재의 코로나 사태 관련 정보를 의과학적인 융복합 관점에서 정확히 파악하고, 향후 발생 가능성이 있는 신종 코로나바이러스 및 팬데믹 전염병에 현명하게 대처할 수 있기를 바란다.
의과학적 융복합 관점에서 파악하는 코로나19,
그리고 포스트코로나 시대 신종 감염병 대응 전략
2019년 12월, 중국 우한시에서 폐렴과 유사한 증상을 호소하는 호흡기 질환 환자가 대규모로 발생하였다. 중국 질병예방통제센터에서는 새로운 코로나바이러스가 검출되었음을 밝혔으며, SARS-CoV-2로 명명된 이 바이러스는 중국뿐만 아니라 전 세계로 확산되었다. 세계보건기구는 이 감염증이 2019년에 발생한 점을 바탕으로 코로나바이러스감염증-19(COVID-19)로 명명하였다. 2020년 3월 세계보건기구는 전염병의 세계적인 대유행을 의미하는 팬데믹을 선언하였으며, 여러 변이 바이러스가 발생하며 그 피해가 장기적으로 극심해지고 있다.
이 책에서는 SARS-CoV-2가 발생한 이유와 전파 과정, 그로 인해 발생한 COVID-19을 치료하고 예방하는 방법은 무엇인지 설명한다. 관련 보도기사, 책, 의과학적 국제저널 등의 자료를 바탕으로 현재 코로나 사태의 원인 및 현상에 대해 기술한 내용으로 구성되어 있으며, 유전자공학, 단백질공학, 항체공학을 전공하고 진단 키트 및 바이오의약품 개발 관련 연구를 진행 중인 필자의 경험을 바탕으로 관련 자료를 분류, 분석, 정리하였다. 현재까지 알려진 SARS-CoV-2 및 COVID-19의 원인 및 진단, 치료제에 대해 설명하고, 생물공학, 의료 기술 관점에서 포스트코로나 시대의 대처 방안을 제시하였다.
1장에서는 COVID-19 개념 및 발생 경위를 살폈으며 2, 3장에서는 각각 진단 키트와 백신 및 치료제 개발에 대해 다루었다. 4장에서는 질병 진단과 신약 및 의료 기술에 관련된 인공지능 및 빅데이터 기술을 정리하였고 5장에서는 포스트코로나 시대 대처 방안을 논의하며 백신 라이브러리, 의료시설 확충과 원격의료 시스템 등을 소개하였다. 마지막 6장에는 전 세계적으로 활발히 발표되고 있는 관련 논문 중에서 대표적인 총설 논문 3가지를 번역, 요약, 정리하여 기술하였다. 이 책을 통해 현재의 코로나 사태 관련 정보를 의과학적인 융복합 관점에서 정확히 파악하고, 향후 발생 가능성이 있는 신종 코로나바이러스 및 팬데믹 전염병에 현명하게 대처할 수 있기를 바란다.
2020년까지 알려진 총 7종류의 코로나바이러스는 그 조상이 모두 동물(수의)바이러스로서 원래의 숙주 범위를 벗어나서 사람에게 감염되어 병을 야기하는 인수공통 바이러스이다. 코로나바이러스를 전자현미경으로 관찰했을 때 관찰되는 돌기인 스파이크가 왕관 및 솔라(solar) 코로나 모양과 비슷하기 때문에 코로나바이러스로 명명되었다. (18-19쪽)
국내에서 실행되고 있는 COVID-19 주 진단법은 RT-PCR인데, 이는 본 방법이 바이러스 유전자를 증폭해 진단하는 방식으로 미량의 바이러스도 검출 가능하고 현존하는 방법 중에서 정확도가 가장 높기 때문이다. 항원 검사 방식은 … 체내에 존재하는 바이러스의 양이 미량일 경우에는 위음성 진단 결과를 초래할 수 있다. (53쪽)
바이러스가 침입한 시점에서 획득면역이 발생하기까지는 1-2주가 소요된다. 하지만 일단 획득면역이 생기면, 다음에 동일한 바이러스가 침입한 경우에 빠르게 공격을 개시한다. 이러한 획득면역의 개념을 기반으로 하여, 획득면역을 인공적으로 증가시키는 것이 백신이다. (57-58쪽)
바이러스 확산을 막기 위해 AI 기술을 접목한 기술 개발이 감염병 발병 예측, 확산 경로 파악, 진단, 치료제 개발 등 다양한 분야에서 효과적인 대응책이 되고 있다. AI는 복잡하고 다양한 빅데이터로부터 필요한 정보를 신속하게 추출 가능하다는 강점을 갖고 있어 신종 감염병 대응에 구심점 역할을 할 가능성이 높다. (80쪽)
모든 잠재적 바이러스 위협에 대항하는 백신을 개발할 수는 없지만, 중요한 바이러스 계열의 대표적인 병원균에 대항할 수 있는 프로토타입 백신 및 기타 생물학적 개입 라이브러리를 생성할 수는 있다. SARS-CoV 및 MERS-CoV에 대한 연구와 이에 대한 백신 개발이 COVID-19 백신의 급속한 발전을 가능하게 한 것처럼, 대표 병원균에 대한 프로토타입 백신을 개발하면 향후 새로 등장하는 백신의 개발 속도를 증가시킬 수 있다. (87쪽)
변이는 모든 생명체에서 일어나는 자연현상이며 바이러스에서 발생하는 변이에 의해 바이러스가 진화된다. 변이는 무작위로 일어나며, 변이체 중에서 환경에 가장 잘 적응하는 개체가 선택적으로 살아남는다. 변이로 바이러스가 숙주세포로 더 효율적으로 침입할 수 있거나 숙주의 면역작용을 회피할 수 있다면 바이러스 생존에 유리할 것이며 이와 같은 경우 인체에 유해한 영향을 끼친다. (101-102쪽)
현시점의 COVID-19 상황은 빈번하게 변이가 나타나고 백신 접종 후에도 중화항체의 효능이 오래 지속되지 않고 있다. 다만 백신에 의해 형성된 중화항체나 메모리 T 세포가 변이 바이러스의 감염을 완전히 차단할 수는 없더라도, 감염 후 증상이 경증 질환에서 멈추는 등 그 효과는 나타나고 있다. (157쪽)
국내에서 실행되고 있는 COVID-19 주 진단법은 RT-PCR인데, 이는 본 방법이 바이러스 유전자를 증폭해 진단하는 방식으로 미량의 바이러스도 검출 가능하고 현존하는 방법 중에서 정확도가 가장 높기 때문이다. 항원 검사 방식은 … 체내에 존재하는 바이러스의 양이 미량일 경우에는 위음성 진단 결과를 초래할 수 있다. (53쪽)
바이러스가 침입한 시점에서 획득면역이 발생하기까지는 1-2주가 소요된다. 하지만 일단 획득면역이 생기면, 다음에 동일한 바이러스가 침입한 경우에 빠르게 공격을 개시한다. 이러한 획득면역의 개념을 기반으로 하여, 획득면역을 인공적으로 증가시키는 것이 백신이다. (57-58쪽)
바이러스 확산을 막기 위해 AI 기술을 접목한 기술 개발이 감염병 발병 예측, 확산 경로 파악, 진단, 치료제 개발 등 다양한 분야에서 효과적인 대응책이 되고 있다. AI는 복잡하고 다양한 빅데이터로부터 필요한 정보를 신속하게 추출 가능하다는 강점을 갖고 있어 신종 감염병 대응에 구심점 역할을 할 가능성이 높다. (80쪽)
모든 잠재적 바이러스 위협에 대항하는 백신을 개발할 수는 없지만, 중요한 바이러스 계열의 대표적인 병원균에 대항할 수 있는 프로토타입 백신 및 기타 생물학적 개입 라이브러리를 생성할 수는 있다. SARS-CoV 및 MERS-CoV에 대한 연구와 이에 대한 백신 개발이 COVID-19 백신의 급속한 발전을 가능하게 한 것처럼, 대표 병원균에 대한 프로토타입 백신을 개발하면 향후 새로 등장하는 백신의 개발 속도를 증가시킬 수 있다. (87쪽)
변이는 모든 생명체에서 일어나는 자연현상이며 바이러스에서 발생하는 변이에 의해 바이러스가 진화된다. 변이는 무작위로 일어나며, 변이체 중에서 환경에 가장 잘 적응하는 개체가 선택적으로 살아남는다. 변이로 바이러스가 숙주세포로 더 효율적으로 침입할 수 있거나 숙주의 면역작용을 회피할 수 있다면 바이러스 생존에 유리할 것이며 이와 같은 경우 인체에 유해한 영향을 끼친다. (101-102쪽)
현시점의 COVID-19 상황은 빈번하게 변이가 나타나고 백신 접종 후에도 중화항체의 효능이 오래 지속되지 않고 있다. 다만 백신에 의해 형성된 중화항체나 메모리 T 세포가 변이 바이러스의 감염을 완전히 차단할 수는 없더라도, 감염 후 증상이 경증 질환에서 멈추는 등 그 효과는 나타나고 있다. (157쪽)
