Tissue-specific virome variation and diversity of the Himalayan marmot on the Qinghai-Tibet Plateau

세계에서 가장 높고 극한의 고원인 칭하이-티베트 고원의 수목 한계선 훨씬 높은 곳에는, 희박한 공기와 빙결 온도 속에서도 번성하는 독특한 생태계가 존재한다. 이 가혹한 환경은 빽빽한 군집을 이루어 사는 커다란 굴 파는 설치류인 히말라야마멋쥐의 서식지이다. 수십 년 동안 과학자들은 이 동물들을 면밀히 관찰해 왔는데, 주로 이들이 페스트를 일으키는 박테리아의 주요 매개체로 알려져 있기 때문이다. 그러나 이 마멋들의 내부에서 일어나는 바이러스 세계는 대체로 미지의 영역으로 남아 있었다. 바이러스는 동물 내부에서 살아가며, 때로는 질병을 일으키기도 하고 때로는 해를 끼치지 않고 조용히 공존하기도 하는 미세한 존재들이다. 바이러스는 고립되어 존재하지 않는다. 대신, 숙주 내부에서 서로 상호작용하며 동물의 세포와도 상호작용하며 복잡한 공동체를 형성한다. 동물의 어느 부위에 어떤 바이러스가 사는지 이해하는 것은 과학자들이 질병이 동물에서 인간으로 어떻게 전파될지를 예측하는 데 매우 중요하다. 만약 우리가 동물의 단 한 부분만을 본다면, 그 동물이 무엇을 운반하고 있는지에 대한 전체적인 그림을 놓칠 수 있기 때문이다.

이 수수께지를 풀기 위해 칭하이 내인성 질환 예방 통제 연구소의 연구진은 히말라야마멋쥐의 몸 전체에 걸친 바이러스 지형을 지도화하기 위해 나섰다. 이들은 칭하이성 내 두 지역에서 야생 마멋 70마리를 포획하였고, 동물의 모든 주요 부위로부터 샘플을 세심하게 채취하였다. 여기에는 코와 목의 스왑(swab), 혈액, 분변, 심지어 동물에 기생하는 벼룩까지 포함되었다. 가장 중요한 것은 심장, 간, 비장, 폐, 신장, 뇌라는 6개의 내부 장기 조직 샘플을 수집했다는 점이다. 연구진은 샘 샘플 내의 모든 바이러스 유전 코드를 한 번에 읽을 수 있는 바이러스 메타게노믹스(viral metagenomics)라는 강력한 기술을 사용하여, 이 745개의 표본에 어떤 바이러스가 존재하는지, 그리고 어떻게 분포되어 있는지를 분석했다.

연구진은 마멋 내부의 바이러스가 고르게 퍼져 있지 않다는 것을 발견했다. 대신, 어떤 조직이냐에 따라 특정 바이러스가 그 위치에서 생존하고 번성할 수 있는지를 결정하는 필터 역할을 한다. 연구 결과, 심장과 뇌가 가장 다양한 종류의 바이러스를 보유하고 있는 반면, 간과 신장은 가장 단순한 공동체를 가지고 있는 것으로 나타났다. 혈액과 마멋에 사는 벼룩 또한 높은 종류의 바이러스를 보여주었으며, 이는 동물의 분변에서 발견된 바이러스와는 확연히 달랐다. 과학자들이 전체 데이터를 살펴보았을 때, 각 장기에 있는 바이러스들은 발견된 위치에 따라 서로 뚜렷한 그룹을 형성하며 군집을 이루었다. 이는 만약 당신이 마멋의 혈액만을 검사한다면, 간이나 폐를 검사했을 때와는 완전히 다른 종류의 바이러스를 보게 될 것임을 의미한다.

더 깊이 파고들어, 연구팀은 특정 장기를 선호하는 특정 바이러스 가문들을 식별해 냈다. 예를 들어, 레트로바이러스(retrovirus)와 페두오비리다에(Peduoviridae)로 알려진 한 그룹의 바이러스는 혈액에서 높은 수치로 발견된 반면, 마이크로바이러스(microvirus)라고 불리는 다른 그룹은 분변에서 훨씬 더 흔하게 발견되었다. 심장은 마이크로비리다에(Microviridae)와 폴리오마바이러에(Polyomaviridae)를 포함한 특정 DNA 바이러스의 핫스팟이었으며, 폐와 호흡기 조직은 레트로비리다에(Retroviridae)와 오르토헤르페스바이러에(Orthoherpesviridae)를 포함한 독특한 바이러스 컬렉션을 가지고 있었다. 벼룩은 곤충이 섭취한 혈액 식사에 따라 변동하는 DNA 바이러스가 우세한 또 다른 혼합물을 운반했다. 이러한 패턴은 각 장기의 물리적, 화학적 환경이 마치 서로 다른 토양에서 서로 다른 식물이 자라는 것처럼 독특한 틈새(niche)를 만든다는 것을 시사한다. 혈액을 여과하고 영양분을 처리하는 역할을 하는 간은 특정 바이러스 세트를 지원하는 듯 보이며, 노폐물을 여과하는 신장은 혈류로부터 광범위한 바이러스 입자를 포착한다.

이 연구는 또한 마멋의 행동이 바이러스 공동체를 형성하는 데 미치는 역할을 강조했다. 이 동물들은 빽빽한 굴에서 생활하고 장기간 겨울잠을 자기 때문에, 이웃으로부터 그리고 환경으로부터 오는 바이러스에 끊임없이 노출된다. 연구진은 코와 목에서 발견된 바이러스가 굴의 먼지와 병원균을 들이마시는 위험과 일치한다는 점에 주목했다. 한편, 장 내의 바이러스는 동물이 무엇을 먹는지와 장내 박테리아에 의해 큰 영향을 받았다. 혈액을 여과하고 감염과 싸우는 기관인 비장에 특정 바이러스가 존재하는 것은, 이 기관이 혈류로부터 바이러스를 포착하여 이를 제거하거나 혹은 증식을 허용하는 센서 역할을 한다는 것을 시사한다.

연구진은 이 연구가 마멋 내부에 어떤 바이러스가 살고 있는지에 대한 상세한 지도를 제공했지만, 아직 결정할 수 없는 부분들에 대해서도 주의 깊게 언급했다. 그들은 바이러스의 유형은 식별했으나, 이 바이러스들이 감염력이 있는지 또는 동물에게 질병을 일으키는지에 대해서는 확실히 말할 수 없었다. 이 연구는 유전체 서열 분석에 의존했는데, 이는 과학자들에게 무엇이 존재하는지는 알려주지만 그것이 반드시 무엇을 하고 있는지는 알려주지 않는다. 더욱이, 굴 주변의 토양이나 물 샘플을 수집하지 않았기 때문에, 발견된 바이러스가 환경에서 온 것인지 아니면 동물 내부에서 완전히 생성된 것인지는 확인할 수 없었다. 이러한 한계에도 불구하고, 이 작업은 이 동물들의 자연사를 이해하는 데 중요한 기초 자료를 제공한다.

이 연구는 향실 미래의 질병 감시 접근 방식을 변화시킬 것이다. 이는 동물이 보유한 바이러스의 전체 범위를 이해하기 위해 혈액 검사와 같은 단 하나의 샘플만을 보는 것으로는 충분하지 않다는 것을 보여준다. 이 동물들이 인간 건강에 미치는 위험을 진정으로 알기 위해서, 연구자들은 신체의 여러 부분을 살펴봐야 한다. 어떤 바이러스가 어떤 장기를 선호하는지 이해함으로써, 공중보건 관계자들은 위험한 병원체가 어디에 숨어 있고 어떻게 퍼질지를 더 잘 예측할 수 있다. 칭하이-티베트 고원의 생태계에서 핵심적인 역할을 하는 히말라야마멋쥐를 위해, 이 새로운 지식은 그들 내부에 살고 있는 보이지 않는 세계에 대한 더 명확한 그림을 그려줌으로써, 동물과 그 주변에 사는 사람들을 모두 더 잘 보호할 수 있는 길을 열어준다.