고병원성 조류 인플루엔자(High Pathogenicity Avian Influenza: HPAI)는 가금류 산업과 공중 보건 모두에 치명적인 영향을 미쳤다. 1996년 중국 광동에서 거위로부터 고병원성 조류 인플루엔자 바이러스 (High Pathogenicity Avian Influenza Virus: HPAI HPAIV) A(H5N1)가 처음 발견된 이후, 그 후손은 헤마글루티닌(HA) 유전자 특이적 계통군(clade 0-7)과 하위 계통군으로 진화하여 대륙간 감염을 유발했다. 수십 년에 걸쳐 H5 HPAIV는 저병원성 조류 인플루엔자 바이러스(Low Pathogenicity Avian Influenza Virus: LPAIV)와의 재조합에 의해 생성된 여러 하위 아형(subtype) 및 유전자형(genotype)으로 진화했으며, 이로 인해 2013~2014년 중국 동부에서 clade 2.3.4.4 H5Nx HPAIV가 출현했다. 2016년 중반, 유라시아 LPAIV의 내부 유전자를 포함하는 재조합 H5N8 계통군 2.3.4.4b HPAIV가 러시아의 Uvs-Nuur 호수와 중국의 Qinghai 호수의 야생 조류에서 발견되었다. 이 바이러스는 2016~2017년에 유럽에서 대규모 발병을 일으켰다. 그 후, 다양한 신규 재배열 H5N8 HPAIV 균주가 유라시아에서 검출되었다. 2020년 후반에 새로운 재조합 clade 2.3.4.4b H5N1 HPAIV가 검출되어 유럽의 가금류와 야생 조류에서 우세해졌다. 최근 2.3.4.4 H5Nx 바이러스의 광범위한 진화는 야생조류 감염과 장거리 이주가 기여하였으며, 바이러스의 유전적 다양화와 광범위한 전파를 가능하게 했다.
국내 가금류 산업은 2000년대 초반부터 새로운 HPAI 균주의 유입으로 해마다 어려움을 겪어왔다. 대부분의 HPAI 발생의 경우, 다른 국가에서 야생 물새의 이주가 국내 가금류 농장에 새로운 HPAI 도입의 주요 원인으로 의심되어 왔다. 본 연구에서는 한국의 야생 조류에서 분리된 clade 2.3.4.4b HPAIV의 유전적 특성을 염기서열 분석을 통해 조사했다. 그 후 병원성과 전파력을 세 종의 야생조류와 국내 가금류에서 검사했으며, 특히 대한민국 가금류에서 엔데믹화 된 H9N2 LPAIV에 대한 전국적인 백신을 고려하였다. 이 연구의 목적은 대한민국에서 HPAIV의 역학과 병원성을 이해하는 것이다. 이 지식은 효과적인 질병 통제 및 가금류의 질병 발병을 최소화하기 위한 과학적 기초를 개발하는 데 중요하다.
1장에서는 한국의 야생조류와 가금류 모두에서 보고된 HPAIV에 대한 연구를 종합적으로 요약한다. 한국에서는 모두 Gs/GD 계열 바이러스의 후손인 다양한 재배열체를 운반하는 세 가지 다양한 H5Nx 하위 유형(H5N1, H5N6, H5N8)이 반복적으로 침입하는 것을 확인했다. 2003년 국내에 도입된 이후 뚜렷한 재조합을 갖는 주요 H5Nx 아형(H5N1, H5N6, H5N8)의 반복적인 침입이 발생했다. 2014~2016년에 계통군 2.3.4.4 H5N8 HPAIV로 인한 한국 최대 규모의 조류 인플루엔자 전염병을 포함하여 주목할만한 발병으로 인해 상당한 경제적 손실이 발생했다. 2016~2017년과 2017~2018년에 새로운 재배열체 계통군 2.3.4.4 H5N6 바이러스를 특징으로 하는 후속 발병으로 인해 440개 농장에서 10억 마리의 새가 손실되어 국가 최대의 경제적 손실을 기록했다. 2018년 4월부터 2020년 9월까지 HPAI 바이러스가 없었던 후, 새롭게 등장한 H5N8 계통군 2.3.4.4b 유럽 계통과 밀접하게 관련된 HPAI 바이러스가 야생 조류에서 검출되어 가금류 농장 발병을 촉발했다. 최근 동일한 계통의 H5N1 HPAI 바이러스가 계절적으로 도입되면서 21/22년과 22/23년 겨울에 두 차례의 후속 발병이 발생했다.
2장에서는 역학적 특성을 알아보기 위해 20/21년 겨울철에 분리된 HPAIV의 유전자 분석을 실시하였다. 2020~2021년 동안 H5N8 HPAIV가 한국의 숙주 종 수준에서 어떻게 확산되는지 더 잘 이해하기 위해 Bayesian 계통발생 분석을 사용하여 조상 상태 재구성과 다양한 종의 야생 조류 및 가금류 간의 숙주 전이 역학 추정을 수행했다. 결과는 H5N8 HPAIV가 야생 오리나 야생조류에서 국내 가금류로의 전염될 가능성이 가장 높다는 것을 뒷받침하며, 이는 야생 오리가 한국에서 가금류 및 기타 종의 유지 관리, 유입에 중심적인 역할을 한다는 것을 시사한다. 또한, 야생조류에서 검출된 바이러스와 같은 유전형을 갖는 바이러스를 이용하여 원앙(Aix galericulata), 청둥오리(Anas platyrhynchos), 홍머리오리 (Mareca penelope) 3종의 야생조류에 대한 HPAIV의 병원성을 조사하였다. H5N8 바이러스를 실험적으로 접종한 야생조류들 중 임상 증상이나 폐사는 나타나지 않았다. 인후두와 총배설강에서 배출된 고농도의 바이러스로 인해 원앙 한 마리를 제외한 합사시킨 야생조류에서 감염이 확인됐다. 감염된 야생조류에서 여러 장기에서 바이러스 항원이 검출돼 HPAI 바이러스 감염의 특징인 전신감염을 나타냈다. 이 발견은 세 야생조류 종에 무증상 감염으로 야생조류간 clade 2.3.4.4b H5N8 HPAIV 전파에 영향을 미쳐 장거리 전파를 가능하게 함을 시사한다.
3장에서는 엔데믹한 H9N2 감염과 백신을 재현하는 각기 다른 면역 상태에서 clade 2.3.4.4b H5N1 HPAIV의 병원성을 검사했다. 세 그룹의 닭에 고농도(108.0EID50), 중농도(106.0EID50), 저농도(104.0EID50)의 바이러스를 비강 내 접종한 후 임상증상과 인후두와 총배설강에서 배출된 바이러스 농도를 검사했다. 한 그룹(G1)은 대조군 닭으로 구성되었고, G2 그룹은 Y280-lineage H9N2 LPAIV에 감염시켰으며, G3 그룹은 Y439-lineage H9N2 LPAIV의 백신 접종하였다. 고용량의 바이러스를 비강 내 접종하면 모든 그룹에서 100% 폐사가 나타났지만 G1, G2, G3에서는 평균 사망 시간(MDT)이 각각 2.6일, 4일, 6.7일로 달랐다. 고농도 접종군의 생존 곡선은 그룹 간에 유의미한 차이가 있었지만(p<0.01) 중농도와 저농도의 생존 곡선은 유의미한 차이가 없었다. 자연감염이나 백신에 노출되지 않은 G1에서 공격접종 바이러스의 BLD50은 105.0EID50이었다. 감염된 각 닭의 인후두 및 배설강 경로의 바이러스 역가는 사망 직전에 가장 높았다. 바이러스 역가는 폐사 하루 전에 가장 높았으며, 평균 바이러스 역가는 인후두에서 104.7EID50이었고, 총배설강에서 104.2EID50이었다. 바이러스 역가 평균을 기반으로, G2 및 G3 그룹에서 바이러스 역가가 G1에 비해 더 높았다. 한국의 자연감염 및 백신을 실험적으로 재현한 닭에서 H9N2 LPAI 바이러스의 감염 또는 백신 접종은 2021-22년 유행 HPAIV 접종에 대한 보호를 제공하지 못했지만 생존 기간을 연장하고 질병 발병을 지연시킬 수 있었다.
결론적으로, 이들 연구는 한국에서 발생한 고병원성 조류인플루엔자 바이러스의 포괄적인 발생에 대한 유전적 개요를 제공했으며, 특히 2020~21년 겨울동안 개별 균주의 유전적 기여를 확인했다. 또한, 바이러스가 확산 및 역학에 미치는 영향을 조사하기 위해 야생 조류와 가금류를 모두 사용한 병리생물학적 분석을 수행했다. 바이러스 생태를 더 잘 이해하기 위해 이러한 바이러스의 확산을 모니터링하려면 HPAIV에 대한 향상된 능동 감시가 필요하다.