백신에는 생백신과 사백신 등 여러 가지 종류가 있습니다. 생백신이란 살아있는 바이러스나 세균의 독성을 약화시켜 주입하는 백신으로 홍역, 결핵 등의 기성 백신이 이에 해당합니다. 이 백신은 면역력이 강한 반면 균주가 살아있기 때문에 취약한 이들에게 접종하면 원래의 병원성을 회복하여 발병할 가능성을 배제할 수 없어요. 안전성 문제 때문에 SARS-CoV-2(코비드 바이러스)에 대한 생백신은 개발하더라도 접종하기 어렵습니다.
따라서 균주를 화학물질 등으로 처리하여 사멸시킨 불활성백신(사백신)이 있습니다. 불활성백신은 생백신보다는 안전성이 높은 반면에 면역 지속기간이 상대적으로 짧아서 추가 접종이 필요할 수도 있죠. A형 간염 등의 백신이 이에 해당하는데, 독감백신도 불활성백신에 포함됩니다. 바이러스의 경우 ‘죽었다’는 것은 적합하지 않은 표현일 수 있으므로 불활성백신이라고 부르는 것입니다. 코비드 백신 중에서는 중국 시노팜 백신과 시노백의 코로나백 백신이 불활성백신입니다.
그렇다면 이번에 화이자 등에서 개발한 mRNA 백신은 어디에 해당할까요? 생백신이나 사백신은 세균이나 바이러스 등 전체 균주를 주입하는 방식이지만, 이들과는 달리 인공적으로 합성한 DNA나 RNA 또는 단백질 등을 주입하는 백신을 '유전공학 백신'이라고 합니다.
mRNA란 핵 안에 있는 DNA의 유전정보를 세포질 안의 리보솜에 전달하는 RNA로서 messenger RNA라고도 합니다. 단백질의 합성 과정에서 아미노산 배열을 지령하는 것이 리보솜에 결합한 mRNA이기 때문에, DNA 내에 저장되어 있는 유전 정보가 단백질이라는 형태로 발현이 되려면 mRNA에 의한 번역 과정을 반드시 거쳐야만 해요. (이건 <생명과학 I>도 아니고 <통합과학>에서 가르칩니다.)
다시 말해 mRNA 백신이란 사람 몸에 주입된 mRNA가 체내에서 바이러스 단백질을 만들고, 그 특정 단백질에 대하여 인체의 면역계가 항체를 형성하도록 유도하는 방식입니다. 그렇기 때문에 바이러스 균주 자체가 항원 즉 면역반응을 유도할 수 있는 분자가 되는 생백신이나 불활성백신과 달리 mRNA에 의해 만들어진 바이러스 단백질이 항원이 되는 것이죠.
(빨간색 돌기가 S-protein(스파이크 단백질)입니다. 단백질의 기둥에 해당하는 부위가 세 개의 관절 부위를 갖고 유연하게 꺾여 인체 세포와의 결합력을 극대화한다고 하죠.)
한편 전자현미경 사진 등을 통하여 코로나바이러스의 생김새와 구조가 확인되었고, 이 바이러스가 인체에 침입, 증식하면서 감염병을 일으키는 과정도 역시 그간의 연구에 의해 밝혀진 바 있습니다. 코로나바이러스가 인체에 침투하려면 바이러스의 표면에 돌기처럼 달려 있는 S-protein(스파이크 단백질)이 인간 세포 표면의 수용체인 ‘ACE2’와 결합하여야 합니다.
이번에 개발된 화이자와 바이오엔테크의 'BNT162b2' / 모더나, 미 국립 알레르기전염병 연구소(NIAID), 미 생물의약품첨단연구개발국(BARDA)의 'mRNA-1273'이 인류 최초의 mRNA 백신입니다.
코로나바이러스의 S-protein 부분 유전자가 담긴 mRNA를 '플라스미드'라는 유전자 전달체를 활용해 우리 세포 안으로 전달하는데, 이렇게 주입된 유전자가 항원 역할을 하는 단백질로 발현돼 우리 몸에서 면역반응을 유도하는 원리입니다. 플라스미드는 세포내에서 독자적으로 증식할 수 있는 동그란 모양의 유전자 전달체로 일부 유전자 치료제에 쓰이고 있는데 인체 내에서 면역반응을 일으키지 않아 매우 안전하다고 하네요.
mRNA 백신은 유전공학 백신이기 때문에, 생백신이나 사백신 등 기존의 백신에 비하면 여러 가지 장점이 있습니다. 바이러스 자체를 직접 사용하지 않기 때문에 감염될 우려가 전혀 없습니다. 백신에 주입하는 유전자는 감염을 일으키는 특정 유전자 부위를 변형, 제거해 실제 코로나바이러스와 구별이 가능하고 독성이 없어 안전성이 높습니다.
항원 단백질을 쉽게 형성하도록 mRNA를 다양하게 변형시켜 제조할 수 있어 변종 바이러스에 대응하기 쉽고, 동물의 세포나 달걀 등 유정란 등에 바이러스를 배양해 생산했던 기존 백신에 비해 신속하면서도 저렴한 수준으로 대량생산이 가능합니다. 또한 우리 면역체계가 몸 안에 들어온 바이러스 유전자를 인식할 수 있으며, 이로 인해 면역 반응을 강화하기 위해 항원과 면역증강제를 함께 주입하는 일반 백신과 달리 한 번에 항원제시 능력과 면역증강제 역할이 가능합니다.
다만 이들 백신에 대해서는 첫 백신이라는 점 때문에 실제 접종했을 때 부작용 등의 측면에서 합격점을 받을 수 있느냐에 대해서는 여전히 우려가 제기되고 있습니다. 또 백신이 최대한 안정적인 상태를 유지하려면 매우 낮은 온도(영하 70도 또는 20도)를 유지해야 하는데, '액체질소 같은 냉매가 필요한 것 아니냐'라는 우려는 덜었지만 생산-보관 및 이송-접종이라는 전 과정에서 저온을 유지하는 것도 쉽지만은 않아요.
또 다른 방식으로 코로나19 바이러스에 대항할 수 있는 면역력을 확보하는 백신도 3상 마무리 단계에 있습니다. 바이러스 벡터 백신은 코로나바이러스를 다른 안정된 바이러스 운반체(벡터)에 담아 체내에 집어넣는 방식으로, 이것 역시 백신을 접종하면 코로나바이러스에서 사람 세포에 침입하는 스파이크 단백질이 생성돼 항원으로 작용합니다.
어제 이슈가 되었던 아스트라제네카가 2만명 이상을 대상으로 임상시험 중인 백신, 바로 아데노바이러스 벡터 백신인 'AZD1222'입니다. 코로나19 바이러스가 들어왔을 때 이를 공격할 수 있는 단백질을 우리 몸이 만들 수 있도록 하는 유전자를 우리 몸에 주입할 때 감기의 원인 바이러스인 아데노바이러스를 이용하죠. 비교적 안전한 벡터에 유용한 유전자를 심어 투약하는 방식으로 체내 항체 형성을 유도하는 것입니다. 아스트라제네카의 AZD1222 외에도 존슨앤존슨의 Ad26.COV2.S, 러시아의 스푸트니크 V 백신이 바이러스 벡터 방식입니다.
또 항원이 세포표면물질인 경우이기 때문에 인체로 들어간 항원이 우리 모의 T림프구(T세포; 항체를 만드는 면역반응을 관장하는 림프구)를 자극하여, T림프구의 활성화, 증식, 분화를 촉진하는 세포 면역까지 활성화시켜 '이론적으로는' 예방 효과가 더 높습니다. 반면 재조합하기는 했지만 살아 있는 바이러스를 몸속에 넣는 거라서 척수염증 같은 합병증 위험성이 있다고 하네요. 아스트라제네카 임상실험 중에 발생한 횡단성 척수염 같은 신경계통 질환은 다발성 경화증 등 매우 심각한 질환으로 발전할 수 있어 부작용 중에서도 아주 심각한 편에 속하기 때문에 안전성에 대한 우려도 제기되고 있습니다.
한편 서브유닛 백신이라고도 불리는 합성항원 백신은 면역반응을 일으키는 바이러스(항원)의 일부 단백질만 선별해 유전자재조합 기술을 이용해 합성한 백신인데, 코로나19 예방을 위한 대부분의 합성항원 백신은 코로나바이러스 전체를 백신에 주입하는 게 아닌 세포와 결합하는 부위인 S-Protein 또는 S-Protein과 결합하는 세포 부위와 같이 특정 부위만을 합성해서 백신에 주입합니다.
바이러스 전체가 아닌 방어에 필요한 항원부위만 면역 반응이 일어나기 때문에 부작용을 최소화할 수 있고, 혹시 면역력 형성이 방해되는 간섭현상도 최대한 줄일 수 있습니다. mRNA 백신이 가장 진보된 백신이라 불리지만 아직 상용화된 사례가 없는 반면, 합성항원 백신은 이미 시장에서 검증된 사례가 다수 있는데, 인유두종바이러스를 재조합해 자궁경부암 백신으로 사용되고 있는 MSD에서 개발한 '가다실'과 GSK의 '사바릭스'가 대표적입니다. 코비드 백신 중에서는 노바백스의 NVX-CoV2373가 대표적이지만, 3상 성공이 불투명하다는 것이 단점이죠.
대단한 글은 아니지만 최소한 키배를 뜰 때 백신의 메커니즘 정도는 알고 하시라고 써봤습니다.
