다시 주목받는 감염병 시뮬레이션 연구… “바이러스 감소 시점 예측”

신종코로나바이러스감염증(우한 폐렴)이 급속히 확산되면서 어떠한 감염병이라도 접촉자 수와 잠복기, 발현기간 등 현황 정보를 입력하면 바이러스 감소 시점을 미리 알 수 있는 연구 결과가 뒤늦게 주목받고 있다. 신종 코로나 바이러스 감염 역시 현재까지의 접촉자 수와 바이러스의 특성 정보만 넣으면 어느 시기부터 바이러스 위험도가 떨어질 수 있을 지 예측할 수 있다는 것이다.

9일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 지난 2017년 5월 이광형 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 발표한 ‘복잡계 네트워크를 이용한 감염병 확산예측 모델 연구’는 현재 시점에서도 활용이 가능한 상황이다.

전염병 확산을 나타내는 네트워크(왼쪽). 청색은 미 감염자(S), 적색은 감염자(I), 녹색은 회복자(R), 검은색 원은 슈퍼 전파자이다. 오른쪽 그래프는 미 감염자, 감염자, 회복자 수의 시간에 따른 변화와 VRTP를 보여준다. /KAIST 제공

김기성 바이오브레인 대표가 당시 제1저자로 참여한 이 연구는 전염병의 확산을 감염성, 지속성, 사회구조 3가지 특성으로 나눠 네트워크를 활용한 컴퓨터 시뮬레이션 모델로 만들어졌다.

개인별 건강 정도와 바이러스의 특성, 접촉자 수, 잠복기부터 자연 회복 시간 등 조건과 한 감염자가 하루 평균 만나는 사람의 숫자를 넣으면 초기 발병부터 감염 확산의 최고점의 시기와 확산세가 꺾이는 시기를 미리 알 수 있다는 의미다.

연구팀은 우선 감염병에 노출된 사회(인구)를 나타내는 네트워크를 만들었다. 이 네트워크에는 대상 인구와 평균 접촉자 수를 표현했다. 이어 컴퓨터 시뮬레이션에서는 다양한 특성을 가진 사회를 표현하기 위해 접촉자 수를 변화시켜 감염병의 확산 추세를 관찰했다.

그 결과, 연구팀은 초기에는 감염자 수가 증가하다가 감소하기 시작하는 전환점이 항상 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 이 전환점을 ‘VRTP(Value of Recovered at Turning Point)’라 정의한다. 감염병 확산세가 꺾이는 지점이다.

특히 이 시뮬레이션에서는 메르스(중동호흡기증후군)나 사스(중증급성호흡기증후군) 등 어떠한 감염병이더라도 반드시 전환점이 존재하는 것으로 나타났다. 감염자가 전염병으로부터 회복되거나 사망으로 인해 전염병 확산경로가 차단되면서 자연스럽게 전파가 감소한 것이다.

연구팀은 이를 기반으로 최악의 감염병이라도 회복자 누적 수가 사회 인구의 27%가 되는 시점에서 꺾인다는 점을 알아냈다. 접촉자 수를 하루평균 7명 이하로 줄이면 몇 명의 사회 인구라고 할 지라도 전체 감염은 발생할 수 없다는 사실도 밝혔다.

또 어떤 조건의 감염병이 인간에 가장 위험한지를 알아보기 위해 감염률, 지속시간, 접촉자 등 특성에 변화를 주면서 시뮬레이션을 한 결과, 지속시간이 길고 감염률 100%인 경우에도 회복자가 전체 인구의 27%에 도달하면 생존할 수 있다는 점을 확인했다.

이 교수는 "현재 신종 코로나 바이러스 관련 데이터만 확보할 수 있으면 향후 확산 감소 시기를 예측할 수 있다"고 말했다.

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