CRWAD(Conference of Research Workers in Animal Diseases)는 1920년에 설립되어 동물 질병 연구 분야의 전문가들이 최신 연구 결과를 공유하고 논의할 수 있는 학회로 자리매김해왔다. 특히 현재 진행형인 H5N1 고병원성 조류인플루엔자의 젖소 감염이라는 전례 없는 상황과 맞물려, 그 어느 때보다도 시의성 있고 중요한 연구 성과들이 공유되었다.

바이러스의 진화적 적응과 이종간 전파 메커니즘을 연구하는 대학원생으로서 실감한 점은, 이번 학회에서 바이러스의 진화와 적응, 새로운 치료 전략, 그리고 진단 기술의 혁신에 이르기까지 광범위한 주제들이 50개의 세션을 통해 다각도로 심도있게 논의되었다는 것이다. 특히 분자생물학적 기법, 면역학적 분석, 구조생물학적 접근, 빅데이터 분석에 이르기까지 다양한 분야의 연구 방법론이 바이러스 연구에 통합적으로 적용되고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 앞으로 바이러스학 연구자들이 보다 폭넓은 시각과 다양한 기술적 역량을 갖추어야 함을 시사한다.

이러한 통합적 접근은 특히 현재 진행 중인 H5N1의 포유류 감염 연구에서 두드러지게 나타났다. mRNA 기술을 활용한 새로운 치료 전략의 개발부터, 시스템 생물학적 방법을 통한 숙주 적응 메커니즘의 이해, 그리고 첨단 진단 기술의 개발에 이르기까지, 다학제적 연구 접근이 실제 현장에서 어떻게 적용되고 문제 해결에 기여하는지를 확인할 수 있었다.

H5N1 조류인플루엔자의 포유류 감염에 관한 연구들은 이번 학회의 가장 주목받는 주제였다. UC Davis의 연구팀은 H5N1 clade 2.3.4.4.b 바이러스가 고양이의 폐 조직보다 뇌 조직에서 더 높은 농도로 검출되는 신경친화성을 보인다는 흥미로운 연구 결과를 발표했다. 이는 바이러스의 조직 특이성 진화를 보여주는 중요한 사례였다. 특히 이러한 신경친화성이 여우에서도 유사하게 관찰되었다는 점은 바이러스의 포유류 적응이 특정 방향성을 가지고 진행될 수 있음을 시사했다.

저지종 젖소의 H5N1 감염 실험 연구 또한 주목할 만한 결과를 보여주었다. 실험 감염된 젖소들은 뚜렷한 임상증상을 나타냈는데, 특히 감염된 유선에서 발생하는 유방염과 우유 생산량 감소가 특징적이었다. 더욱 주목할 만한 점은 임신한 소들이 비임신 소들보다 임상 질병의 위험이 더 높다는 발견이었다. 이러한 연구 결과들은 H5N1의 포유류 적응 가능성과 낙농업에 미치는 잠재적 위험을 평가하는 데 중요한 기초 자료를 제공했다.

Colin Parrish 교수팀의 발표는 바이러스의 숙주 전환과 적응 과정에 대한 분자수준의 이해를 크게 향상시켰다. 특히 개 파보바이러스(CPV)의 46년간의 진화 과정 추적 연구는 바이러스의 숙주 적응이 어떻게 진행되는지를 상세히 보여주었다. 흥미롭게도 고양이 파보바이러스가 개 파보바이러스보다 30% 느린 진화 속도를 보였는데, 이는 숙주 환경이 바이러스의 진화 속도에 미치는 영향을 보여주는 중요한 발견이었다.

캡시드 단백질의 93번과 323번 아미노산 잔기가 숙주 특이성 결정에 핵심적인 역할을 한다는 발견은 특히 주목할 만했다. 이들 잔기의 H-bond 형성 패턴이 숙주 수용체와의 결합 특이성을 결정한다는 점, 그리고 개의 트랜스페린 수용체에 존재하는 추가 당쇄화가 고양이 파보바이러스의 결합을 방해한다는 발견은 바이러스의 숙주 특이성이 분자 수준에서 어떻게 결정되는지를 명확히 보여주었다.

Philip Santangelo 교수의 RNA 치료제 연구 발표는 이번 학회의 가장 주목할 만한 기조 강연 중 하나였다. 특히 호흡기 감염 질환의 예방과 치료를 위한 mRNA 국소 전달 기술에 대한 6년간의 연구 성과는 바이러스성 질환 치료의 새로운 패러다임을 제시했다. 그의 연구팀은 mRNA를 통해 단클론항체, Cas 단백질, 그리고 다양한 치료용 단백질을 발현시키는 데 성공했는데, 이는 기존 치료법의 한계를 극복할 수 있는 혁신적인 접근법이었다.

특히 주목할 만한 점은 LNP(Lipid Nanoparticle) 전달체 시스템의 체계적인 최적화 연구였다. 연구팀은 LNP의 네 가지 핵심 구성 요소인 콜레스테롤, ionizable lipid, helper lipid, PEG-lipid의 조성비를 체계적으로 조절하며 전달 효율을 크게 향상시켰다. 이들은 각 지질 성분의 구조-활성 관계를 상세히 분석하여, 특히 ionizable lipid의 pKa 값이 6.8-7.0 범위일 때 최적의 전달 효율을 보인다는 것을 발견했다. 더불어 helper lipid의 포화도 조절을 통해 세포막 융합 효율을 20% 이상 증가시키는데 성공했다.

폐 전달을 위한 nebulizer 시스템 개발에서도 중요한 진전이 있었다. 연구팀은 polymer 기반 전달체의 linker-branch 구조를 최적화하여 nebulization 과정에서의 mRNA 안정성을 크게 향상시켰다. 특히 branched polyethylenimine(PEI)을 기반으로 한 새로운 polymer 구조는 기존 직쇄형 구조에 비해 2배 이상 높은 폐 조직 전달 효율을 보였다. 이러한 발전은 호흡기 바이러스 감염 치료제로서의 실용화 가능성을 한층 높였다고 평가할 수 있다.

Daniel O'Connor 교수의 시스템 백신학 기조 강연은 백신 개발에 있어 데이터 기반 접근법의 중요성을 종합적으로 제시했다. 특히 GWAS 연구 결과와 알파폴드를 결합한 백신 디자인 전략은 기존의 경험적 접근법을 뛰어넘는 혁신적인 방법론을 보여주었다. 연구팀은 대규모 인구 집단의 유전체 데이터와 백신 반응성 데이터를 통합 분석하여, 백신 효능을 결정짓는 주요 유전적 요인들을 특정하는데 성공했다. 이들은 특히 HLA 유전자 다형성과 백신 반응성 간의 상관관계를 정밀하게 규명했으며, 이를 바탕으로 개인별 맞춤형 백신 개발의 가능성을 제시했다.

RNA-seq 분석을 통한 면역 반응 연구도 주목할 만했다. 연구팀은 백신 접종 전후의 전체 전사체 분석을 통해, 효과적인 면역 반응을 예측할 수 있는 유전자 발현 패턴을 발견했다. 특히 IRF7, STAT1, 그리고 여러 interferon-stimulated genes (ISGs)의 발현 패턴이 백신 효능과 강한 상관관계를 보인다는 발견은 백신 반응성 예측의 새로운 바이오마커로서의 가능성을 제시했다.

SARS-CoV-2를 대상으로 한 단일세포 수준의 면역 반응 분석은 방법론적 혁신을 보여주었다. 연구팀은 10x Genomics 플랫폼을 활용한 단일세포 RNA-seq과 B세포 수용체 레퍼토리 분석을 통합하여, 백신 접종 후의 면역 반응을 전례 없는 해상도로 분석했다. 특히 주목할 만한 점은 NAAT 양성과 음성 간에서 발견된 명확한 분자적 시그니처의 차이였다. 연구팀은 이러한 차이가 특히 memory B cell의 분화 과정과 밀접하게 연관되어 있음을 밝혔으며, 이는 장기 면역력 형성의 메커니즘을 이해하는 데 중요한 통찰을 제공했다.

바이러스 감염 과정에서 형성되는 다양한 세포 내 condensates에 대한 연구는 이번 학회에서 가장 주목할 만한 발견 중 하나였다. 특히 stress granules (SGs), RNase L-induced bodies (RLBs), double-stranded RNA-induced foci (dRIF), 그리고 viral-aggregated RNA condensates (VARCs)의 형성과 기능에 대한 체계적인 분석은 바이러스-숙주 상호작용의 새로운 패러다임을 제시했다.

연구진들은 코로나바이러스와 West Nile 바이러스 감염 시 일어나는 세포 내 현상을 실시간으로 추적하여, G3BP1 단백질이 바이러스 RNA와 결합하여 VARCs를 형성하는 과정을 분자 수준에서 규명했다. 특히 주목할 만한 점은 이러한 VARCs 형성이 바이러스의 복제 효율과 직접적인 연관성을 보인다는 발견이었다. 연구팀은 형광 표지된 G3BP1 단백질과 바이러스 RNA를 활용한 라이브 이미징을 통해, VARCs 형성이 바이러스 감염 후 4-6시간 내에 시작되며, 이는 바이러스 복제가 본격화되는 시점과 정확히 일치한다는 것을 밝혀냈다.

더욱 흥미로운 발견은 RLBs와 dRIF가 서로 다른 항바이러스 신호 전달 경로를 통해 형성되지만, 최종적으로는 유사한 항바이러스 효과를 나타낸다는 점이었다. 연구진은 첨단 구조생물학적 기법을 활용하여 이들 구조체의 3D 구조를 규명했으며, 특히 cryo-EM을 통해 RNA-단백질 복합체의 고해상도 구조를 확보하는데 성공했다. 이러한 발견들은 새로운 항바이러스 치료 전략 개발의 기반을 제공할 것으로 기대된다.

진단 기술 분야에서는 RT-qPCR의 자동화와 고효율화가 괄목할 만한 발전을 보였다. 384-well 기반의 자동화 시스템은 PRRSV 검출에 있어 기존 96-well 시스템과 비교하여 현저히 높은 처리량과 비용 효율성을 달성했다. 하룻밤 동안 약 4,000개의 RT-qPCR 검사가 가능하며, 검사 내 변동계수 1.4%, 검사 간 변동계수 0.4%라는 놀라운 정확도를 보여주었다. 이는 대규모 감시 체계 구축에 있어 중요한 기술적 진보를 의미한다.

Armin Saalmüller의 돼지 면역 시스템 연구는 동물 모델에서의 면역 반응에 대한 중요한 통찰을 제공했다. 연구팀은 NK 세포의 세 가지 아집단을 CD8α와 CD335의 발현 패턴에 따라 분류하고, 각 아집단의 기능적 특성을 체계적으로 분석했다. 특히 주목할 만한 점은 CD8α+CD335high NK 세포가 바이러스 감염 초기에 가장 강력한 항바이러스 활성을 보이며, interferon-γ 생산을 통해 T 세포 반응의 극성화를 효과적으로 조절한다는 발견이었다.

TCR-γδ T 세포에 대한 연구 결과도 흥미로웠다. 돼지에서 이 세포군이 말초혈액 T 세포의 최대 40%를 차지한다는 것은 다른 포유류와 크게 다른 특징이었다. 연구팀은 single-cell RNA sequencing을 통해 이들 세포의 전사체를 분석하여, 특히 바이러스 감염 시 발현이 증가하는 유전자 세트를 확인했다. 이러한 발견들은 돼지가 특정 바이러스 감염 연구에 있어 독특한 모델 동물이 될 수 있음을 시사했으며, 동시에 면역 반응 연구에서 동물 모델 선택의 중요성을 다시 한번 확인시켜 주었다.

R. Jeff Hogan과 Eric Lafontaine의 고위험성 인수공통 감염병 연구 발표는 학계의 대응 체계 구축에 대한 종합적인 청사진을 제시했다. 특히 BSL3 실험실을 갖춘 학술 기관들의 역할과 책임에 대한 논의는 매우 시의적절했다. 연구팀은 SARS-CoV-2와 Burkholderia 종에 대한 연구를 통해, 신종 감염병 발생 시 학술 기관이 어떻게 신속하고 체계적으로 대응할 수 있는지를 구체적으로 보여주었다.

Burkholderia 연구는 특히 주목할 만했다. 이 병원체가 tier1 위험체로 분류되어 있고 현재까지 효과적인 백신이나 진단법이 없다는 점은, 새로운 위험 병원체에 대한 연구의 시급성을 잘 보여주었다. 연구팀은 Burkholderia의 숙주 감염 메커니즘을 규명하기 위해 첨단 이미징 기술과 단백질체학적 분석을 통합적으로 활용했다. 특히 병원체의 type III secretion system이 숙주 세포의 면역 반응을 회피하는 과정을 분자 수준에서 밝혀낸 것은 큰 성과였다.

신종 감염병 대응을 위한 체계적인 플랫폼 구축도 인상적이었다. 연구팀은 병원체 분리, 유전체 분석, 진단법 개발, 그리고 치료제 스크리닝에 이르는 전 과정을 표준화된 프로토콜로 확립했다. 특히 AI 기반의 병원체 진화 예측 모델과 실시간 유전체 모니터링 시스템의 통합은 혁신적인 접근이었다. 이 시스템은 H5N1의 젖소 감염 사례에서도 즉각적으로 적용되어, 바이러스의 진화 방향을 예측하고 대응 전략을 수립하는 데 크게 기여했다.

더불어 연구팀은 국제 협력 네트워크 구축의 중요성도 강조했다. 특히 아시아, 아프리카 등 신종 감염병 발생 위험이 높은 지역의 연구 기관들과의 협력 체계 구축 사례를 소개했다. 이를 통해 현장 시료의 신속한 확보와 분석, 그리고 연구 결과의 즉각적인 공유가 가능해졌으며, 이는 글로벌 차원의 감염병 대응 체계 구축의 모범 사례로 평가받았다.

이번 학회에서 논의된 연구 결과들은 향후 바이러스학 연구가 나아가야 할 방향을 제시했다. 특히 mRNA 기술의 수의학적 응용은 가장 유망한 분야로 떠올랐다. 호흡기 질환 치료를 위한 nebulized mRNA 전달 시스템의 최적화는 현재 진행형인 과제이며, polymer의 linker-branch 구조 개선을 통한 효율적 전달체 개발이 핵심 연구 과제로 부상했다.

시스템 생물학적 접근의 확장도 주목할 만한 트렌드였다. 백신 개발에 있어 RNA-seq, B 세포 수용체 레퍼토리 분석, 단일세포 전사체 분석 등이 필수적인 도구로 자리잡아가고 있으며, 이를 통해 얻어진 데이터의 통합적 분석이 더욱 중요해질 것으로 예상된다.

신종 인수공통감염병에 대한 대응 체계 구축도 시급한 과제로 대두되었다. H5N1의 젖소 감염 사례가 보여주듯, 새로운 인수공통감염병의 출현은 언제든 가능하다. 이에 대응하기 위해서는 신속한 진단 시스템의 개발과 표준화, 그리고 체계적인 바이러스 진화 모니터링 시스템 구축이 필수적이다. 384-well RT-qPCR 시스템의 도입은 이러한 요구에 부합하는 좋은 예시를 제공했다.

이번 CRWAD 2025 학회는 동물 바이러스학 분야가 직면한 도전과 이를 해결하기 위한 혁신적인 접근법들을 포괄적으로 보여주었다. H5N1의 젖소 감염이라는 전례 없는 상황에서, 연구자들은 분자생물학적 기법부터 시스템 생물학적 접근까지 다양한 방법론을 통합적으로 활용하여 문제 해결에 접근하고 있었다.

특히 주목할 만한 점은 전통적인 바이러스학 연구 방법론과 최신 기술의 성공적인 융합이었다. mRNA 기술의 혁신적인 응용, 시스템 면역학을 통한 백신 개발의 새로운 패러다임, 그리고 구조생물학적 접근을 통한 바이러스-숙주 상호작용의 이해는 바이러스학 연구의 미래를 보여주었다. 또한 진단 기술의 자동화와 고효율화는 실제 현장에서의 적용 가능성을 크게 높였다.

바이러스학을 연구하는 대학원생의 관점에서, 이번 학회는 향후 연구자로서 갖추어야 할 역량이 무엇인지를 명확히 보여주었다. 단순히 특정 분야의 전문성을 넘어, 다양한 분야의 지식과 기술을 통합적으로 활용할 수 있는 능력이 더욱 중요해질 것임을 확인할 수 있었다. 특히 시스템 생물학적 접근법과 데이터 분석 능력은 이제 선택이 아닌 필수가 되어가고 있음을 실감했다.

더불어 이번 학회는 바이러스학 연구가 궁극적으로 지향해야 할 목표를 다시 한번 상기시켜 주었다. 신종 감염병의 출현과 같은 현실적 위협에 대한 신속하고 효과적인 대응, 그리고 이를 위한 기초 연구의 중요성이 바로 그것이다. 앞으로도 이러한 학회 참가를 통해 연구 동향을 파악하고 역량을 강화하여, 동물과 인간의 건강 증진에 기여할 수 있는 연구자로 성장하고자 한다.

학회명: Conference of Research Workers in Animal Diseases 2025 

개최일: 2025년 1월 18일 ~ 2025년 1월 21일

작성 : 서울대학교 수의과대학 이경문(km.lee@snu.ac.kr)