Opportunistic untargeted sequencing can complement targeted viral surveillance workflows for unresolved respiratory illness in Uganda

매년 전 세계 수백만 명의 사람들이 감기와 유사한 증상을 보이는 질환에 걸려 의사를 찾아가거나 집에서 휴식을 취합니다. 특히 의료 자원이 부족한 많은 지역에서 보건 의료 종사자들은 환자가 무엇 때문에 아픈지 알아내기 위해 특정 검사법에 의존합니다. 이러한 검사들은 거대한 열쇠 꾸러미에서 몇 개의 특정 열쇠를 찾는 것과 같습니다. 이 방식은 독감 바이러스나 코로나19를 유발하는 바이러스와 같이 가장 흔한 원인들을 찾아내는 데는 매우 탁월합니다. 하지만 이러한 검사들은 설계된 특정 대상만을 찾기 때문에, 동일한 샘플 안에 숨어 있을지도 모르는 다른 바이러스들을 놓치는 경우가 많습니다. 환자가 열이 나고 기침과 인후통을 겪고 있음에도 불구하고 표준 검사 결과가 음성으로 나오면, 그 질병의 원인은 종종 미스터리로 남게 됩니다. 이는 호흡기 건강에 대한 이해의 공백을 만들며, 바이러스에는 효과가 없는 항생제와 같은 불필요한 치료로 이어질 수 있습니다.

이러한 공백을 메우기 위해 과학자들은 '비표적 시퀀싱(untargeted sequencing)'이라 불리는 다른 접근 방식을 탐구하고 있습니다. 특정 바이러스를 추적하는 대신, 이 방법은 샘플에 존재하는 모든 것의 유전 코드를 읽어냅니다. 이는 단순히 서가에서 특정 제목의 책 한 권만을 확인하는 것이 아니라, 그곳에 어떤 이야기들이 있는지 확인하기 위해 도서관의 모든 책을 읽는 것과 같습니다. 이 기술을 통해 연구자들은 심지어 찾으려고 의도하지 않았던 바이러스까지 포착할 수 있습니다. 우간다에서 진행된 새로운 연구는 이 광범범한 접근 방식이 어떻게 표준 검사와 병행되어 해결되지 않았을 문제를 해결할 수 있는지를 보여줍니다.

2025년 12월, 우간다 바이러스 연구소(Uganda Virus Research Institute)의 연구팀은 독감 유사 증상을 겪고 있는 와키소(Wakiso) 지역의 성인 4명으로부터 샘플을 채취했습니다. 4명 모두 일상적인 감시 체계에서 사용되는 표준 방식으로 검사를 받았으나, 인플루엔자와 SARS-CoV-2 모두 음성 판정을 받았습니다. 음성 결과에도 불구하고 환자들은 발열, 두통부터 흉통, 호흡 곤란에 이르기까지 다양한 증상을 보이며 여전히 몸 상태가 좋지 않았습니다. 연구진은 이 4개의 특정 샘플에 대해 기회주의적인 비표적 시퀀싱 방법을 적용하기로 결정했습니다. 그들은 비강 스왑(nasal swabs)에서 유전 물질을 추출한 후, 강력한 시퀀싱 장비를 사용하여 무엇을 찾을지에 대한 어떠한 가정도 없이 존재하는 모든 바이러스와 박테리아의 유전 코드를 읽어냈습니다.

결과는 놀라웠습니다. 4개의 샘플 중 2개는 호흡기 바이러스의 징후를 보이지 않았지만, 나머지 2개에는 표준 검사가 놓친 바이러스에 의한 감염 증거가 명확히 포함되어 있었습니다. 한 사례에서는 시퀀싱을 통해 '휴먼 메타뉴모바이러스(Human Metapneumovirus)'라고 불리는 바이러스의 거의 완전한 유전 청사진을 찾아냈습니다. 이 바이러스는 전 세계적으로 호흡기 질환의 알려진 원인이지만, 많은 지역의 일상적인 검사 패널에는 일반적으로 포함되지 않습니다. 연구진은 13,273개의 염기쌍으로 이루어진 유전 코드의 줄인 이 바이러스의 게놈을 매우 명확하게 거의 전체적으로 재구성할 수 있었습니다. 이 유전 서열을 글로벌 데이터베이스에 저장된 다른 서열들과 비교한 결과, 이 바이러스가 전 세계적으로 널리 순환하는 B2 계통에 속한다는 것을 발견했습니다. 또한 분석 결과, 바이러스의 대부분의 유전자는 세계 다른 지역에서 발견되는 것들과 매우 유사했지만, 인간 세포에 부착하는 데 도움을 주는 특정 부분은 나머지 부분보다 더 많은 변이를 보였습니다.

두 번째 사례에서는 또 다른 흔한 호흡기 질환 원인인 '휴먼 레스피로바이러스 1(Human Respirovirus 1)'이 감지되었습니다. 그러나 이 바이러스의 신호는 훨씬 약했습니다. 연구진은 이 바이러스의 유전 코드 조각인 368 염기쌍 정도만을 회복할 수 있었습니다. 이 파편은 바이러스의 존재를 확인하기에는 충분했으나, 가용한 유전 물질의 양이 적었기 때문에 전체 게놈을 재구성할 수는 없었습니다. 두 사례 사이에서 발견된 유전 물질 양의 차이는 첫 번째 환자가 체내에 더 많은 양의 바이러스를 보유하고 있어 탐지가 쉬웠던 반면, 두 번째 환자는 바이러스 수치가 낮았거나 바이러스가 분해되기 시작하여 완전한 모습을 포착하기 어려웠음을 시사합니다.

이 연구는 이 방법이 아무것도 찾아내지 못했을 때 어떤 일이 발생하는지도 강조했습니다. 호흡기 바이러스가 감지되지 않은 두 개의 샘플에서도 연구진은 Prevotella melaninogenica 및 Corynebacterium propinquum과 같이 인간의 코와 목에 자연적으로 서식하는 박테리아를 포착했습니다. 이러한 흔한 박테리아의 존재는 샘플이 유효하며 시퀀싱 과정이 정상적으로 작동하고 있음을 확인해주었습니다. 이 두 사례에서 바이러스가 나타나지 않은 것은 반드시 환자가 아프지 않았다는 의미는 아닙니다. 단지 바이러스가 존재했다면 이 방법으로 포착하기에는 너무 낮은 수준이었거나, 질병의 원인이 바이러스 이외의 것이었음을 의미합니다. 연구진은 이 기술이 특정 바이러스를 찾도록 설계된 표준 검사보다 민감도가 낮다는 점을 언급했으며, 따라서 여기서의 음성 결과가 감염 가능성을 완전히 배제하는 것은 아니라고 밝혔습니다.

이 작업은 광범한 비표적 시퀀싱을 일상적인 감시를 보완하는 도구로 사용하는 것에 대한 개념 증명 역할을 합니다. 연구진은 이 바이러스들이 인구 집단 내에서 얼마나 흔한지를 추적하거나 많은 사람을 테스트하려는 목적이 아니었습니다. 대신, 표준 방법으로 설명되지 않는 질병을 가진 환자 그룹을 대상으로 작고 표적화된 조사를 수행했습니다. 단 4개의 샘플에서 두 가지 뚜렷한 바이러스를 찾아낸 성공 사례는 이 접근 방식이 진단 도구의 가치 있는 추가 요소가 될 수 있음을 시사합니다. 이는 "누락된" 호흡기 질환의 원인을 밝혀내어, 지역 사회에서 순환하고 있는 현상을 더 완전한 그림으로 제공하는 방법입니다. 표준 검사가 해결할 수 없는 사례들에 대해 이처럼 광범한 관점을 가끔씩 적용함으로써, 우간다와 유사한 환경의 보건 당국은 더 깊은 통찰력을 얻어 더 적은 수의 환자가 진단 없이 남겨지도록 할 수 있습니다.