현재 미국에서는 수천만 명이 코로나19 백신 접종을 완료했다. 이 백신 접종자들은 친구를 만나고, 외식을 하고, 또 드물게는 감염도 된다.

그러나 당황해서는 안 된다. 이런 종류의 ‘돌파감염(breakthrough infections)’은 모든 대규모 백신 접종에서 늘 예상되는 일이기 때문이다.

미국 질병통제예방센터(Centers for Disease Control and Prevention, CDC)가 발표한 새로운 수치에 따르면, 미국에서는 4월 20일 현재 8,700만 명 이상이 백신을 접종했다. 이 중 7,157명(0.008%)이 신종코로나바이러스 SARS-CoV-2에 감염됐다. 경증이나 무증상 감염이 누락되거나 보고되지 않을 수 있기 때문에 실제 수치는 약간 더 높을 수 있다. 그러나 이 데이터는 여전히 고무적이다. 백신 접종자 중 극히 일부만이 감염되었고, 훨씬 더 적은 사람들만이 심각한 질병으로 발전했다. 즉, 331명만이 코로나19로 입원했고, 77명이 이 질병으로 사망했다.

4월 넷째 주에 발표된 새로운 연구들에 따르면, 요양원과 같은 고위험 환경에서도 이런 돌파감염은 드문 것으로 보인다. 또 감염이 발생해도 증상이 없거나 경미한 경향이 있다. 더욱이 백신 접종자는 백신 미접종자보다 바이러스 양이 적어서 바이러스를 전파할 가능성도 더 적다.

그럼에도 불구하고, 돌파감염을 계속 모니터링하는 것이 중요하다. 현재 사용되는 모든 코로나19 백신은 면역체계가 바이러스 표면에 있는 스파이크 단백질을 인식하도록 해 진짜 병원균이 들어왔을 때 면역체계가 신속히 대응할 수 있도록 한다. 그러나 인체가 코로나19 백신에 대한 강력한 면역 반응을 일으키지 않으면 인체는 바이러스와 싸울 준비가 되지 않을 것이다. 다른 경우로는 병원균이 준비된 인체의 면역 반응을 회피할 만큼 충분히 진화했을 수 있고, 그러면 백신 또한 효과가 없을 것이다. 이를 면역회피(immune escape)라고 부른다.

SARS-CoV-2를 연구하는 일부 연구자들은 여전히 전 세계적으로 코로나19 바이러스가 유행하고 있기 때문에 바이러스가 성공적인 돌연변이 조합을 찾아낼 기회가 많아서, 백신에 의해 유도되는 면역 반응을 회피할 수 있을 것이라고 우려한다. 돌파감염을 추적한다면 우려되는 새 변이 바이러스를 발견하고, 백신의 효과가 떨어지는 시기를 식별하는 데 도움이 될 수 있다. 이는 추가 접종이 필요한 시기를 결정하거나 더 효과적인 백신 설계를 짐작하는 일에 도움이 될 수 있다.

고위험 환경

요양원 입소자와 종사자들은 코로나19 백신을 처음으로 제공받은 대상에 포함돼 있었고, 혜택을 제일 먼저 받은 이들이기도 했다. 12월 말에서 3월 말 사이에 이들 시설의 코로나19 확진자수는 96% 감소했다. 요양시설은 병원균이 확산해 해를 끼칠 수 있는 이상적 장소이며, 일반적으로 노인의 신체는 면역 반응이 약해 백신 효과가 제대로 나지 않을 수도 있다. 이런 시설에서는 인플루엔자 발생조차 치명적일 수 있다. 그러나 CDC는 코로나19 돌파감염을 거의 발견하지 못했다.

한 연구에서는 시카고 78곳의 요양원에서 감염을 분석했다. 이들 시설에는 백신 접종을 받은 약 8,000명의 입소자들과 백신 접종을 받은 약 7,000명의 종사자들이 있었다. 연구진은 600건 이상의 코로나19 감염을 발견했지만, 백신 완전 접종자들 가운데 감염 사례는 22건뿐이었다. 12건은 입소자에게서, 10건은 종사자에게서였다. 14건은 무증상 감염이었고, 5건은 가벼운 증상만 보였다. 돌파감염 환자 7명의 표본을 검사했을 때, 연구진은 낮은 수준의 바이러스를 발견했다. 게다가 이 초기 감염 중 그 어떤 사례도 추가 감염으로 이어지지 않았다. 이는 백신 접종자들이 바이러스를 전파하지 않았음을 시사한다.

그리고 감염이 발생하더라도 백신은 여전히 훌륭한 보호 역할을 했다. CDC의 두 번째 연구에서는 켄터키주의 한 요양시설을 조사했다. 이곳은 직원 중 절반만이 백신 접종을 완료했다. 감염은 백신 미접종 직원에게서 시작돼 46건의 코로나19 감염으로 이어졌다. 백신 접종 입소자 71명 중 18명(25%)이 감염되어, 2명이 입원했고 1명이 사망했다. 직원들의 경우는 상황이 훨씬 더 좋았다. 백신 접종 종사자 56명 중 4명(7%)이 감염되었고, 대부분이 무증상이었다. 백신을 접종한 입소자와 직원 가운데 불과 6.3%만이 증상이 나타난 데 비해 백신 미접종자들 중에서는 32%에서 증상이 나타났다.

요양원에서 감염이 발생하면 “직원과 입소자들은 계속해서 SARS-CoV-2 병원균에 되풀이해서 노출된다”고 메릴랜드 의과대학에서 전염병을 모델링하는 미건 피츠패트릭(Meagan Fitzpatrick)은 말한다. 따라서 이런 환경에서 소수의 감염 사례를 보는 건 고무적인 일이다.

변이 바이러스 추적

새로운 연구는 또 변이 바이러스가 일부 돌파감염의 원인이 될 수 있음을 암시한다. 변이 바이러스는 “예측할 수 없는 요소 중 하나”라고 미국 대통령 수석의료자문관 앤서니 파우치(Anthony Fauci)가 4월 12일 브리핑에서 밝혔다. 비록 실제 데이터는 거의 없지만 실험실 연구에 따르면 적어도 일부 변이 바이러스들은 원래 SARS-CoV-2보다 백신 유도 항체(vaccine-induced antibodies)에 덜 민감하다.

켄터키주 요양원 연구에서, 연구진은 이 발병이 R1으로 알려진 변이 바이러스에 의해 유발됐음을 발견했다. R1은 이전에 켄터키주에서는 확인되지 않았었다. 이 바이러스에는 다른 변이체들에서도 확인된 적 있는 몇 가지 중요한 돌연변이들이 들어 있었다. 예를 들어, 남아공에서 처음 확인된 B.1.351 변이에도 있던 E484K 돌연변이 때문에 이 바이러스가 항체 반응을 회피하는 데 도움이 된 것으로 보인다. 그리고 D614G 돌연변이는 전염력을 높일 수 있다. 저자들은 백신 접종을 통해 감염과 유증상 질병의 가능성은 줄었지만, 여전히 4분의 1 이상의 백신 접종 입소자들과 약 7%의 백신 접종 직원들이 코로나19에 감염됐다는 점에 주목한다. 이는 백신이 이 변이 바이러스에 대해 효과가 없을 수 있음을 암시한다. 그러나 저자들은 이 연구가 소규모였다는 점에 주의하라고 지적한다. (시카고 연구의 저자들은 바이러스의 염기서열을 분석하지 않았다.)

뉴잉글랜드의학저널(New England Journal of Medicine)의 한 연구에서는 뉴욕 소재 록펠러 대학 직원들의 감염을 추적했다. 1월 21일부터 3월 17일까지 연구진은 화이자나 모더나 백신 접종을 완료한 직원 417명을 대상으로 검사를 실시했다. 2명의 여성이 양성 반응을 보였다. 이 바이러스들의 염기서열을 분석했을 때, 각각이 약간 다른 변이체라는 것을 발견했다. 이 변이체들은 이전에 확인된 그 어떤 바이러스와도 정확히 일치하지 않았다.

예를 들어, 한 여성은 영국발 B.1.1.7에서 발견한 돌연변이들과 뉴욕시티발 B.1.526에 공통된 돌연변이들이 함께 들어 있는 변이 바이러스에 감염됐다. 록펠러대학병원 의사 겸 생화학자이자 이 연구의 주저자인 로버트 다넬(Robert Darnell)은 “이 환자는 이 둘 사이의 어딘가에 위치한 변이 바이러스를 가지고 있었다”고 말한다.

돌발감염이 발생하면, 환자가 코로나19 백신에 대한 강한 면역 반응을 일으키지 못했다는 가정을 한다고 다넬은 말한다. 그러나 이 여성은 그렇지 않은 것으로 보였다. 다넬은 그녀가 양성 반응을 보인 직후 혈액 샘플을 채취했다. 다넬과 동료들은 SARS-CoV-2를 중화시킬 만큼 높은 수준의 항체를 발견했다. 이 여성은 새로 감염됐기 때문에 이 항체 반응은 최근의 감염 때문이 아니라 백신 접종 때문일 가능성이 컸다. 항체가 생기는 데는 시간이 걸린다.

그녀의 면역 체계가 감염으로부터 그녀의 몸을 보호해주지 못한 이유가 전적으로 명확한 것은 아니다. 하지만 한 가지 가능성은 이 변이체가 그녀의 반응을 회피할 수 있었다는 점이다. 하버드 T.H. 챈 보건대학원의 유행병학자 스티븐 키슬러(Stephen Kissler)는 “이 특정 환자에게는 바로 이 가능성이 우리가 본 것에 대한 가장 좋은 설명일 것”이라고 말한다. 키슬러는 “우리가 보고 있는 많은 돌발감염이 변이 바이러스에서 비롯된 것이라는 점은 놀랍지 않다”고 덧붙인다. 점점 더 많은 사람들이 백신을 접종함에 따라 “진화적 선택압(evolutionary selection pressure)이 적용되고 있다”고 그는 설명한다.

반면에, 더 많은 사람들이 백신 접종을 받으면 감염도 더 줄고 바이러스가 돌연변이를 일으킬 기회도 더 줄어들 것이다. 그리고 피츠패트릭은 면역회피가 이 여성의 감염을 설명한다고는 해도, 이는 단지 하나의 사례일 뿐이라고 지적한다. 게다가 이 여성이 다른 백신 접종자들을 전염시켰다는 증거도 없다. 이런 현상은 앞으로 연구할 가치가 있지만, “아직은 걱정스럽다고 생각하지 않는다. 아직 공중보건위기는 없다”고 피츠패트릭은 말한다.

그리고 돌파감염이 발생하더라도 꼭 코로나19백신이 실패했다는 것을 의미하지는 않는다고 캘리포니아 대학 샌프란시스코 의대의 감염병 의사 모니카 간디(Monica Gandhi)는 말한다. 항체는 면역 반응의 일부일 뿐이다. T세포도 큰 역할을 한다. SARS-CoV-2가 인체에 침투하면 T세포는 면역 체계의 다른 부분들을 활성화하고 바이러스를 제거한다. T세포는 감염을 막진 못하지만 바이러스의 확산을 억제할 수는 있다. 또 일부 연구에 따르면 인체의 T세포 반응은 회피하기가 훨씬 더 어려울 것이라는 점도 시사한다. 간디는 “실제로 사람들이 경증 코로나19를 앓을 순 있지만 여전히 중증 코로나19로부터는 보호받을 수 있기를 희망한다”고 말한다.

그럼에도 불구하고 돌파감염을 추적하여 예기치 못한 변화를 찾아내는 일은 중요하다. 백신 접종자의 감염 수가 증가한다는 것은 면역성의 약화나 면역 반응을 회피할 수 있는 새 변이 바이러스의 출현을 의미할 수 있다. 백신을 수정해야 할 수도 있고, 추가 접종이 필요할 수도 있다. 그러나 시간이 지나면서 “우리 몸은 더 완전한 면역 반응을 발달시킬 것”이라고 키슬러는 말한다. “만약 우리가 코로나19에 재감염되더라도 우리는 가장 심각한 결과로부터는 보호받을 것이다. 장기적으로는 전망이 좋다”고 그는 덧붙인다.