4천년 전 유라시아 초원 양뼈에서 페스트균 검출

가축이 선사시대 전염병 감염에 관여한 사실 증명 

 

유라시아 대초원의 청동기 시대 유적에서 발굴된 고고학적 양 뼈. 고대 동물 뼈는 인수공통감염병 기원을 이해하는 데 중요한 열쇠다. 출처: 비욘 라이히하르트

약 5,000년 전, 유라시아 전역으로 확산되었다가 2,000년 후 자취를 감춘 불가사의한 전염병이 발생했다. 고대 DNA로만 알려진 이 수수께끼 같은 "LNBA 전염병plague" 계통은 과학자들에게 인수공통감염병의 기원과 전파zoonotic origin and transmission. 가능성에 대한 의문을 제기했다. (인수전염이란 사람과 동물 사이에 전이되는 현상을 말한다.) 

셀Cell지에 게재된 한 연구에 따르면, 이 고대 전염병이 서유라시아 대초원 유목 유적 아르카임Arkaim에서 발굴된 4,000년 전 가축화한 양에서 처음으로 확인되었다.

다양한 증거에 따르면 인간과 양의 전염병 감염은 아직 알려지지 않은 야생 병원균의 확산에 비롯했으며, 청동기 시대에 양 떼가 널리 퍼지면서 대초원 목축 사회가 이 병원균과 더욱 긴밀하게 접촉하게 되었다는 것이다.

이 연구는 가축화한 동물들과 세계에서 가장 악명 높은 박테리아 중 하나의 확산 사이의 연관성을 밝혀내어, 이 병원균이 수천 년에 걸쳐 수천 킬로미터에 걸쳐 사람들을 감염시키는 데 어떻게 그토록 성공했는지에 대한 통찰력을 제공한다.

Y. pestis 유전체가 회수된 4,000년 된 양 이빨. 출처: Taylor Hermes

선사 시대 페스트 감염의 인수공통전염병 기원

오늘날 알려진 대부분의 인간 병원균은 인수공통전염병 기원을 지닌다. 즉, 동물에서 인간으로 전파된 것으로, 이 과정을 스필오버spillover라 한다.

점점 더 많은 증거에 따르면 이러한 병원균이 유발하는 많은 전염병이 지난 1만 년 이내에 발생했으며, 이는 가축과 애완동물의 가축화와 겹치며, 인간에게 이러한 질병의 근원이 동물과 점점 더 긴밀해지는 관계임을 시사한다.

고대 DNA 방법을 사용하여 고대 동물의 병원균을 연구하는 일은 인간 전염병의 출현을 연구할 수 있는 특별한 기회를 제공하지만, 현재까지는 대부분 미지의 영역으로 남아 있다.

페스트는 알려진 인수공통전염병 중 가장 치명적인 질병 중 하나다. 쥐에 기생하는 벼룩을 통해 전파되는 이 전염병은 역사상 수백만 명 목숨을 앗아갔으며, 특히 14세기 흑사병Black Death으로 유럽 인구 3분의 1 이상이 사망했다.

그러나 역사적으로 주요 팬데믹이 발생하기 전, 유전적으로 독특한 선사시대 페스트가 약 5,000년 전부터 유라시아 전역에 유행했다.

오늘날 후기 신석기 청동기 시대Late Neolithic Bronze Age (LNBA) 계통으로 알려진 이 전염병은 거의 3,000년 동안 인류를 감염시킨 후 사라졌고, 아마도 멸종했을 것이다.

놀랍게도 LNBA 계통에는 과거와 현대 페스트 균주의 벼룩 전파에 필요한 핵심 유전적 도구가 없기 때문에 전파 방식이 수수께끼로 남아 있다.

다른 동물들이 이 전염병 확산에 관여했을 가능성이 있지만, 과연 어떤 동물일까?

"질병이 어떻게 확산되고 진화하는지 이해하는 첫 단계 중 하나는 질병이 어디에 숨어 있는지 알아내는 것입니다. 하지만 고대 DNA 분야에서는 아직 이를 밝혀내지 못했습니다."

병원균의 장기 진화에 집중하는 박사 과정생이자 주저자인 이언 라이트-마카Ian Light-Maka는 이렇게 말한다.

"고대 인류로부터 200개가 넘는 페스티스(Y. pestis) 유전체를 확보했지만, 인간은 전염병의 자연 숙주가 아닙니다."
 

유라시아 대초원 발굴에서 청동기 시대 가축 뼈 수천 점이 발견되었다. 사진 제공: 테일러 허메스

유라시아에서 수천 년 동안 이 감염이 어떻게 지속되고 확산되었는지에 대한 수수께끼를 풀기 위해, 막스 플랑크 감염생물학 연구소, 하버드 대학교, 아칸소 대학교, 막스 플랑크 진화인류학 연구소, 서울대학교 국제 연구팀은 소, 양, 말 사육의 혁신으로 유명한 신타슈타-페트로프카 문화Sintashta-Petrovka culture에 속하는 유라시아 대초원 유목 유적인 러시아 아르카임Arkaim에서 청동기 시대 가축의 뼈와 이빨을 조사했다.

연구진은 당시 사람을 감염케 한 것과 동일한 LNBA 계통 페스티스(Y. pestis)에 감염된 4,000년 된 양을 발견했다.

공동 저자인 테일러 허메스 Taylor Hermes 박사가 유라시아 중부의 양 떼를 내려다보고 있다. 승마의 혁신 덕분에 목동들은 더 넓은 목초지에서 더 많은 가축을 관리할 수 있게 되었다. 또한 이러한 양 떼는 야생 병원균 보유자와 더 가까이 접촉하게 되었을 가능성이 높다. 사진 제공: 에마 다볼트Emma Davolt

아르카임은 신타슈타 문화 단지 일부였으며, 우리에게 전염병 단서를 찾을 수 있는 좋은 장소를 제공했다.

이들은 쥐와 벼룩을 유인할 곡물 저장소가 없는 초기 목축 사회였으며, 이전 신타슈타 사람들은 Y. pestis에 감염된 것으로 발견되었다.

아칸소 대학교 인류학과 조교수이자 이 연구 공동 저자인 테일러 허메스 박사는 "가축이 미싱 링크missing link일 수 있을까?"라고 묻는다.

양은 목축 사회에서 페스트균 감염 위험이 높았다

양의 고대 페스트균 유전체를 다른 고대 및 현대 유전체와 비교한 결과, 양의 페스트균 유전체는 거의 같은 시기에 인근 지역에서 사람을 감염시킨 페스트균 유전체와 매우 유사했다.

"양에게서 유래했다는 사실을 몰랐다면, 모두들 그저 사람의 감염이라고 생각했을 것이다. 거의 구별할 수 없을 정도니깐"이라고 하버드 대학교 과학 고고학과 랜던 T. 클레이 교수이자 MPI-EVA 그룹 리더인 크리스티나 워리너Christina Warinner 박사는 말한다.

이는 인간과 동물 모두 동일한 페스트균(Y. pestis) 개체군에 감염되었지만, 누가 누구를 감염시켰는지를 보여준다.

고고학적 및 비교학적 접근 방식이 어느 정도 답을 제공할 수 있다.

페스트균이 여전히 풍토병인 지역에서는 양이 설치류와 같은 감염된 동물 사체(병원균의 자연 숙주)와 직접 접촉을 통해 감염될 수 있다는 것이 알려졌으며, 양을 제대로 도축하거나 조리하지 않으면 인간에게 지역 페스트 발병을 유발할 수 있다.
 

여기 묘사된 1665년 런던 대역병은 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis)가 원인균으로 밝혀졌습니다. (사진: 유니버설 히스토리 아카이브/유니버설 이미지 그룹, 게티 이미지) 유니버설 히스토리 아카이브/게티 이미지

이러한 시나리오는 선사 시대에 LNBA 페스트를 확산시켜 인간과 양의 감염을 연결했을 가능성도 있다.

크리스티나 바리너는 "신타슈타-페트로프카 문화는 혁신적인 말 기술을 활용하여 광활한 목초지에서 대규모로 목축한 것으로 유명하며, 이는 가축이 페스트균에 감염된 야생 동물과 접촉할 수 있는 충분한 기회를 제공했다"고 말한다.

"그 이후로 인간에게로의 짧은 이동은 한 걸음 더 나아가는 것일 뿐입니다."

자연 선택의 흔적은 선사 시대 페스트균(Y. pestis)의 서식지가 아직 알려지지 않았음을 시사한다.

새로운 양 페스트균 유전체를 인간 유전체와 분석함으로써, 아마도 멸종된 것으로 추정되는 이 고대 페스트균 계통 진화 역학을 더욱 정확하게 재구성할 수 있었다.

지리적으로 다양하고 뚜렷이 구분되는 오늘날 알려진 페스트균 계통과는 달리, 고대 LNBA 계통은 어느 시점에서든 약 6,000km에 달하는 범위 내에서 매우 유사했다.

4,000년 전 양치기들이 비슷한 양떼를 관리했을 아르카임 인근 대초원에서 양 떼가 풀을 뜯고 있다. 사진 제공: Taylor Hermes

 
생활 주기의 차이와 자연 선택이 영향을 미쳤을 가능성이 있다. COVID-19를 유발하는 SARS-CoV-2와 같이 잘 알려진 많은 병원균에서 질병 감염 및 전파 능력이 더 뛰어난 새로운 변이가 출현하여 널리 퍼질 수 있기 때문이다.

그러나 이 연구는 그러한 변이를 발견하는 대신, 예상치 못하게 정반대 결과를 발견했다.

고대 혈통은 강력한 제약 속에서 진화하고 있었다.

주목할 점은 유전자 일부가 반복적으로 독립적으로 돌연변이를 일으키는 것으로 나타났지만, 이러한 평행 변화는 직계 후손이 없는 감염에서만 관찰되었는데, 이는 과거 스필오버 일종의 유전적 발자취일 가능성이 있다.

"고대 계통이 높은 압력 하에서 진화했음을 보여줄 수 있는데, 이는 오늘날에도 여전히 발견되는 페스트균과는 대조적이다.

더욱이 고대 양과 인간의 감염은 여전히 널리 퍼져 있는 미지의 병원균에서 고립된 스필오버(spillover)일 가능성이 높다. 그 병원균을 찾는 것이 다음 단계가 될 것이다"고 MPIIB 진화 병원유전체학 연구실 책임자이자 선임 저자인 펠릭스 M. 키Felix M. Key 박사는 말한다.

이러한 새로운 통찰에도 병원균이 어떻게 단기간 내에 그렇게 멀리, 그리고 광범위하게 확산되었는지와 같은 주요 의문점들은 여전히 풀리지 않은 채 남아 있다.

거의 동일한 LNBA 페스트균 유전체가 동시에 수천 킬로미터 떨어져 있는 사례가 있기 때문에, 양과 인간이 질병을 전파하는 주요 매개체였을 가능성은 낮다.

이는 병든 사람이나 육상 동물이 이동하기에는 너무 멀리 떨어져 있기 때문이다.

다행히도 고대 동물 유해에서 병원균을 찾는 작업은 이제 막 시작되었다.

고고학 발굴을 통해 수만 개의 동물 뼈가 발견될 수 있으며, 과거 발굴 결과는 창고에 보관되어 추가 연구를 기다리고 있다.

키는 "이러한 컬렉션을 분석하는 데 대한 관심이 점점 더 커질 것으로 생각한다. 이를 통해 인간의 샘플에서는 얻을 수 없는 통찰력을 얻을 수 있기 때문이다"고 말했다.


More information: Bronze Age Yersinia pestis genome from sheep sheds light on hosts and evolution of a prehistoric plague lineage, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.029. http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00851-7

Journal information: Cell 

Provided by Max Planck Society
 
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본문에 이 연구에 서울대가 있다 해서 찾아 보니 저자 중 한 명에 다음 이름이 보인다. 
 
Donghee Kim
Affiliations
School of Biological Sciences, Seoul National University, Seoul 08826, Republic of Korea
Institute for Data Innovation in Science, Seoul National University, Seoul 08826, Republic of Korea 
 
김동희라는 사람인데, 어떤 분인지 나는 면식이 없다.