PRRSV 유전자 서열 분석, 시퀸싱
1990년에 최초로 보고된 이래 PRRS 바이러스(이하 PRRSV)는 우리 양돈 산업에서 오랜동안 큰 피해를 입혀왔다. 이 PRRSV는 단일 가닥으로 이루어진 RNA 바이러스로서 변이가 용이하여 균주마다 유전자 서열이 꽤 다양한 편이다. 사실 그렇기 때문에, 균주가 가진 특이적인 서열은 바이러스를 구분하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다. 쉽게 설명하면 우리 농장에 돌고 있는 바이러스와 옆 농장에 돌고 있는 바이러스의 구분을 바이러스의 서열분석을 통해 확인할 수 있다는 것이다. 바이러스 유전자 서열이 일종의 이름표 역할을 하는 것인데, 최근에는 바이러스의 유전자 서열을 과거에 비해 빠르고 비교적 간단하게 분석할 수 있다. 이러한 서열분석을 시퀀싱(Sequencing) 기법이라 한다. 최근 국내에서도 농가에서 직접 PRRSV의 분석에 사용하고 있다. 최근 필자가 접한 글 중에서 PRRSV 시퀀싱 결과 분석에 폴란드의 Tomasz Stadejek 교수가 쓴 “Use and interpretation of sequencing in PRRSV control programs”가 꽤 도움이 되어 소개하고자 한다.
PRRSV의 15000개의
염기서열 중에서 대략 600개 정도를 차지하는 ORF5 부위는
바이러스의 외피 단백질을 암호화하는데, 전체 게놈에서 유독 변이가 심한 부위로서 바이러스마다 차이가
커서 바이러스를 구분하는데 용이하다. 그래서 PRRSV의 균주
구분을 위해 ORF5를 자주 애용하는 편이다. 실제 농장
내 시퀀싱 결과를 놓고 분석해보도록 하자.
위의 그림은 5개 농장에서 여러 가검물에서 검출된 PRRS의 ORF5 부위의 서열을 컴퓨터 프로그램을 동원하여 비교한 것이다. 간단히 설명하면, 점으로 표시된 부분은 바이러스마다 동일한 서열이지만 문자로 표시된 부분은 그 바이러스만이 보유한 특이적인 서열을 의미한다. 그림에서 보듯이 농장마다 검출된 바이러스의 유전자에 차이가 존재하는 것을 알 수 있다. 이러한 서열 상의 차이는 컴퓨터 프로그램을 사용하여 상동성을 퍼센트로 나타낼 수 도 있는데 결과는 아래와 같다.
각각의 바이러스는 81.2% ~ 99.8%의 상동성을 보유하고 있음을
알 수 있다. 간략하게 분석하면, 1번 농장(Farm1)에서는 1-6,1-9,1-25 가검물의 상동성이 99% 이상인 반면 1-4는 다른 가검물에서 나온 바이러스와 83% 수준의 상동성을 보여 이질적이라 할 수 있다. 2번(Farm2), 3번 농장(Farm3)에서는 가검물에서 나온 바이러스가 98%이상 상동성을 보여 서로 매우 비슷하다고 볼 수 있다. 5번
농장(Farm5)의 경우는 1번 농장과 상황이 유사한데, 5-470 가검물에서 나온 바이러스는 81%정도로 상동성이 낮은
반면, 나머지 세 가검물에서 나온 바이러스는 서로 98%이상의
상동성을 보이고 있다. 즉 이질적인 두 바이러스가 농장 내 존재한다고 추정하는 것이다.
PRRSV 시퀀싱의 해석
PRRSV의 ORF5는 매해 0.5~1%정도의 비율로 변이가 일어난다고 알려져
있다. 물론 이러한 변이의 속도는 다양한 영향력 아래 있다. 가장
중요한 것은 숙주의 면역일 것이다. 바이러스는 숙주 세포 없이는 증식이 불가능하므로 필연적으로 숙주의
면역계에 노출이 잘 되고 금방 소멸되는 PRRSV는 도태되고 사라질 수 밖에 없다. 반면 면역계를 피해갈 수 있는 바이러스는 더 생존에 적합한 형태로 모습을 바꿔갈 수 있다. 따라서 바이러스의 진화에 가장 큰 원동력은 숙주의 면역능력이다.
일선의 수의사분들이 시퀀싱 결과를 해석하고자 할 때 드는 가장 큰 고민은 도대체 어떻게 결과를 해석할 것이냐
일 것이다. 일반적으로 시퀀싱을 농장 내 PRRSV의 구분에
사용하고자 한다면, 대략 상동성이 97~98%이상인 두 바이러스는
같은 균주 내지는 유래 기원이 같은 바이러스로 볼 수 있다. 명심해야 할 점은 97~98% 이하의 상동성이라 할 지라도 다른 바이러스 균주라고 속단해서는 안된다는 점이다. 앞서 밝힌 변이속도는 농장 내 숙주의 면역 상태에 따라 비약적으로 달라질 수 있다. 보다 확실한 분석을 위해서는 가검물의 분리 날짜와 장소와 같은 다양한 정보가 필요하다.
시퀀싱 기법은 두 균주 사이의 관계를 분석하는 데 유용할지 모르지만, 몇
가지 착각해서는 안되는 점이 있다.
- 첫째로 시퀀싱 결과로 백신의 방어 효능을 예측할 수 없다.
- 둘째로 시퀀싱 결과로 임상학적인 병원성을 예측할 수 없다. 이것은 PRRSV의 면역원성과 병원성을 결정하는 부위가 명확하게 밝혀져 있지 않기 때문에 그러하다.
지금까지 PRRS의 진단에 폭넓게 사용된 PCR 기법은 농장에서 항원의 유무 정도의 정보만 제공하였다. 그 또한 유용한 정보였지만 최근 보고(2015)에 따르면 PRRS가 양성인 국내 농장의 60%에서 두 종 이상의 PRRS 균주가 존재하고 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서 단일 우세 균주에 의한 감염이 아닌 서로 다른 PRRSV간의 혼합감염 양상이 국내 농장에서 일반적인 상황임을 직시해야 한다. 보다 정확한 농장 내 감염 상태를 알기 위해서는 이러한 시퀀싱 작업이 필수적임은 두말할 나위가 없다. 국내 농가에서도 이러한 시퀀싱 기법을 활용한 다양한 진단 분석이 활성화되길 기대해 본다.
바이오포아 박창훈 박사 (changhoonpark1234@gmail.com)
