[머니테이블 칼럼] 본문 1부 : 백신의 정의 및 개발과정
"미래는 현재 우리가 무엇을 하고 있는가에 달렸다." 마하트마 간디
전염병이 확산되는 것을 방지하고자 코로나 발생 초기때부터 각국에서는 천문학적인 재원투자를 통해서 백신개발에 나서게 되었다. 미국 5조원, EU 5700억원, 일본 3000억원 등 각국에서는 백신이야말로 현상황을 끝낼 말 그대로 엔드게임 게임체이저가 될 것이라는 안목에서였다.
그럼 왜 백신을 만들려고 했을까? 굳이 치료제도 아니고 말이다. 사실 백신 개발은 세계 과학사에 기록될 것이 분명하다. 코로나-19 백신 개발의 속도, 자원 투입, 방식등의 모든 분야에서 인류의 과학기술이 얼마나 발달했는지를 보여주고 있다. 백신의 궁극적인 목표는 항체 형성을 통해 감염이 안 되게 하는 것이기에 이미 감연된 사람보다 감열 될 수 있는 다수에게 면역을 형성시켜 전염의 강도와 속도를 낮추고자 함이다.
다만 신종플루보다도 더 가파른 확진자 상승세와 치사율을 보이는 경과 때문에 국가들은 백신의 개발과정을 단축시키더라도 빠른 결과물을 도출하길 바랬다. 그래서 지금까지 논란이되는 긴급승인을 받은 백신들이다. 전통적으로 백신의 개발과정은 5~10년 또는 그이상이 걸리게 된다. 그렇지만 우리 코로나 백신의 경우 1년이란 짧은 시간으로 승인을 받고 또 유통되어 안전성에 있어서의 논란이 제기 될 수 밖에 없다.아무래도 민중들은 백신의 유효성에 대한 의심과 부작용에 대한 거부반응이 있겠다. 다만, 각국정부에서는 다소 압력을 행사하더라도 백신을 접종시키게다는 의지를 굳건하게 표방하고 있기에 갈등이 계속되리라 생각된다.
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<전통적 백신의 개발과정>
백신 개발 → 사전 임상 단계(15-30개월) → 1차 임상(보통 수십 명의 참가자, 30개월 소요) → 2차 임상(수백 명, 30개월) → 3차 임상(수천 명, 30개월) 후 승인 및 접종 |
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<코로나 백신의 개발과정(1년)>
백신 개발 → 1차 임상(6개월) → 2차 임상(6개월) → 긴급승인 |
그렇다면 백신의 종류와 개발과정은 어떻게 나뉘게 될까? 왜 아스트라제네카/얀센/화이자/모더나 등에서 부작용이 이렇게 발생할까? 요즘같은 시대를 살아가다 보니 대부분 국민들이 준 감염학의 전문가 수준에 다달았다. 각 백신마다 만드는 방식이 다르다고 하고있고, 누군가는 가장 신뢰받는 기술인 단백질 재조합 백신(합성항원)이 나올때 까지 기다리겠다는 사람도 있다. 그럼 지금 유통되고 있는 mRNA, DNA, 단백질재조합 백신별 만드는 방식과 그 부작용이 나타나는 원리에 대해서 간단히 알아보도록 하자.
1. mRNA 백신(지질 나노 입자 백터)
mRNA 백신은 코로나바이러스감염증-19에 최초로 도입된 첨단 백신이다. 대표적으로 화이자와 바이오앤테크의 BNT162, 모더나의 mRNA-1273이 있다.
mRNA 방식 백신인 화이자와 모더나는 백신 효과를 일으키는 주 성분을 인간 세포에 주입시킬 수 있는 '벡터'로 lipid nanoparticle(지질 나노 입자)을 사용한다. 이 나노 지질 입자는 백신 효과를 일으키는 물질을 안전하게 사람 세포 내로 옮기는 역할을 한다. 이때 mRNA 백신은 바로 이 백신 효과를 일으키는 물질로 코로나바이러스감염증-19를 일으키는 바이러스인 SARS-CoV-2의 스파이크에 해당하는 mRNA를 사용한다. 스파이크는 쉽게 말해서 바이러스가 우리 몸의 세포에 침투하기 위해 사용하는 팔다리다. 바이러스의 스파이크도 당연히 유전자를 가진다. 그렇다면 이 유전자를 암호화한 mRNA를 우리 세포에 주입한다면? 위에서 설명한 유전자 발현 과정에 따라 우리 몸의 세포들이 코로나 바이러스의 스파이크를 만들어 내는 것이다.
mRNA 백신은 RNA 특성상 백신을 디자인하기가 쉽지만 위에서 mRNA가 DNA에서 유전 암호를 읽을 수 있도록 개방한 상태라고 설명했는데 이는 사실 유전 암호를 보호하는 뚜껑을 제거했다는 소리라서 mRNA 백신은 보관이 굉장히 어렵다는 단점이 있다. RNA는 쉽게 변질, 파괴되고, 거기에다가 나노지질입자(LNP) 벡터가 이러한 어려움에 추가로 관여한다. 또한 LNP 자체가 알러지를 일으킬 수 있는 물질 중 하나라는 것도 단점 중 하나이다.
즉 mRNA 백신은 원천기술을 확보하는 것은 대단히 어렵지만 일단 원천기술을 확보만 한다면 그 다음부턴 백신을 찍어내듯이 할 수 있는 것이 최고의 장점이다. RNA 지도만 바꾸면 다른 항원에 대한 백신이 바로 완성되기 때문. RNA 백신의 실증으로 인류는 전염병 아포칼립스에서는 굉장히 자유로워졌다는 목소리도 많이 나왔다. 어떤 신종 병원체가 탄생해도, 병원체를 분석해서 타깃만 정하고, 병원체 유전자를 복붙하기만 하면 순식간에 백신을 완성할 수 있기 때문이다.
이런 장점 때문에 mRNA기술이 인간생활에 본격적으로 혁신을 일으키기 시작한 계기는 코로나-19다. 암치료제 만들다가 얻어걸린 기술은 아니며 mRNA백신은 15-16년도부터 이미 모더나, 바이오엔테크, 일라이릴리, 등의 관련기술 보유기업들의 타겟이었다.
한마디로 말하면 인체 내 세포를 항원 제조공장으로 만드는 기술이다. 전통적인 사백신/생백신과는 달리 백신 내에 항원이 직접적으로 들어가있지 않으며 이것이 세포내에서 발현되어야만 의미가 있다. RNA의 기밀성 유지 및 이를 세포내로 집어넣는 것이 어려운 대신, 매우 적은 양의 백신으로도 큰 면역반응을 유도할 수 있는 것이 장점이다.
이렇게만 말하면 마치 신이 내려준 완벽한 차세대 백신인 것 같지만 현실은 녹록치 않다. 일단 세포를 항원으로 만든다는 점에서 알 수 있지만 자가면역질환에 매우 취약하다. 항원이 되어버린 세포는 어떤 방식으로든 사멸해야하기 때문이다. 지방세포 같이 중요도가 낮은 세포들이 제조공장이 되어주면 좋겠지만 그걸 사람이 임의로 조작할 수 없다는 데 문제가 있다. 만약 심장이나 간같이 중요한 장기들에 중요한 세포들이 제조공장이 되어 면역반응을 일으킨다면? 그 사람의 미래는 매우 불운할 수밖에 없을 것이다. 실제로 이와 관련하여 심근염 등 심장 부작용이 여러 차례 보고가 되어있고 (인과가 확실하지는 않아도) 접종 후 사망자의 대부분을 급성 심장사가 차지한다. 모든 혈액이 모이는 곳이 심장이기 때문에 어느 부위에 백신을 맞아도 최종적으로 모이는 곳은 심장일 수밖에 없고 심장이 면역반응에 취약하게 되기 때문이라 추정되고 있다.
2. DNA백신
mRNA 대신 DNA를 면역 유발의 원천으로 이용한다. mRNA 백신과 마찬가지로 인간대상으론 대규모 실증 사례가 없던 기술이다. 다만 동물상대론 광견병이나 개홍역(distemper) 백신이 널리 사용되고 있다. 극소규모지만 DNA 백신이 에볼라 백신으로 2019년에 승인된 바가 있긴 하다.
mRNA 백신보다는 개발이 오래 걸리지만 개발사의 역량이 뛰어나면 얼마 차이가 안나고 무엇보다 DNA는 안정된 형태이기 때문에 운송, 보관의 면에서 훨씬 간편하다. 또 기존 백신 생산 시설을 사용할 수 있기 때문에, 전 세계 공장에서 마음껏 찍어낼 수 있다. 이 굉장한 장점 덕분에 개도국 및 후진국에 보급이 수월해서 일반인들의 인식과는 다르게 과학자들은 범지구적인 측면에서 코로나-19를 끝장낼 카드로 DNA 백신을 꼽고 있다.
전달체의 유무에 따라 일반 DNA백신과 바이러스 벡터 백신으로 나뉘는데, 전달체가 없는 경우 비교적 크기가 큰 DNA를 자연적으로 체세포에 유도하기가 어렵기 때문에 천공기 등의 외부 기기를 사용하여 접종한다. 대표적으로 제넥신의 GX-19N, 인도 자이더스 캐딜라의 ZyCoV-D가 있다.
3. DNA백신(바이러스 백터)
대표적으로 아스트라제네카의 AZD1222가 있다. 전통적 백신 방식이라는 오해가 있지만 그건 아니고 기초기술은 이미 1980년대에 NIAID 등지에서 개발되었으나 대규모 상용화는 처음이다.
벡터로서 나노 지질 입자 대신 살아있는 바이러스를 이용하는데, 특히 원숭이에게는 치명적이지만 인간에게 감염되지 않는 아데노바이러스를 벡터로 이용한다. 아스트라제네카 백신이 타겟으로 잡은 포인트도 화이자, 모더나와 같이 바이러스의 스파이크 부분이다.
단점으로 바이러스 벡터 자체의 한계가 있다. 바이러스 벡터 백신 역시 외부 병원체이기 때문에 우리 몸이 백신 자체에 대해서도 면역이 생긴다. 같은 바이러스 벡터를 쓰는 백신은, 접종할수록 효과가 감소하는 것이다. 즉 온전한 효과를 보장하려면, 백신을 새로 개발할 때는 벡터를 바꿔야하고, 이는 그 벡터에 대한 안정성 검증부터 다시 시작해야 한다는 뜻이다. 코로나19 사태때 벡터 백신들이 일찍 출시될 수 있었던 것은 메르스백신으로 개발해두었던 플랫폼에서 DNA만 바꾸었기 때문이다.
알려지지 않았던 혈전 부작용 등 안정성 이슈도 있으나 매우 드문 부작용이고, mRNA 백신은 알려지지 않았던 심근염 부작용이 드러난 것처럼 대규모 실증이 없던 신기술이 전부 가지고 있는 잠재적 위험성이라 할 수 있다.
그러나 최근 바이러스 벡터 백신인 아스트라제네카 백신이 단종된다는 소문이 들리고 있다. 다만 아직까지는 내부에서 의견이 갈리고 있기는 하다.
4. 단백질 재조합 백신(합성항원)
단백질 재조합 백신은 말 그대로 단백질을 일부 변형하여 제조하는 백신이다. 대표적으로 노바백스의 NVX-CoV2373가 있다. 표면항원을 이용하는 방식으로 이 방식의 인플루엔자 백신이 국내에서도 사용중이다.
mRNA백신, 아데노바이러스 벡터 백신이 COVID-19에 대한 대응법으로 바이러스의 스파이크를 몸속에서 제조, 항원-항체 반응을 통해 면역을 유발한다고 위에서 설명하였던 것처럼, 단백질 재조합 방식도 같은 원리를 이용한다. 다만 바이러스의 스파이크(단백질)을 몸 속에서 리보솜을 통해 제조하는 것이 아닌 바깥에서 직접 제조, 몸속에 투여하는 방식을 사용한다. 대표격인 노바백스 백신의 경우 아미노산 2개를 프롤린으로, 3개를 글루타민으로 치환했다. 따라서 임의로 변형된 항원을 주사한다고 해서 합성항원 방식이라고도 부른다.
단백질 자체를 수정하는 것이기 때문에 교과서에서나 볼 법한 유전자 편집 기술이 동원되어야 하는 mRNA, DNA 백신과 다르게 원천기술 확보가 상대적으로 용이하다. 또한 화이자 백신의 심근염, 아스트라제네카 백신의 혈전 부작용이 모두 유전물질 운반체인 ‘벡터’에서 유래되었던 만큼, 단백질 자체를 주사하는 단백질 재조합 백신은 이런 면에서 우위를 지닌다.
전통적인 백신이라고 해서 우리 몸이 더 적응을 잘한다던지, 부작용이 적거나 우두 접종에서부터 사용해온 전통적인 기술이라는 오해가 있는데, 일단 우두를 이용한 우회면역 방식의 천연두 백신은 전형적인 이종백신 방식이었기에 사실이 아니다. 천연두 백신은 오히려 사,생백신에 가깝다. 단백질 재조합 백신은 우리 몸에 넘쳐나는 단백질을 주사하는 것이고 합성항원은 질병마다 다르기에 단백질 재조합 백신을 사용해 왔다고 해서 이것이 인체에 더 적응을 잘 한다는 내용에는 과학적 근거가 없다. 다만, 사용을 해온 전례가 있는 만큼 검증된 기술이라는 의미는 된다.
긴 개발기간에 비해 mRNA, DNA백신과 같은 빠른 신기술 대비 확실한 우위를 가지지 못하여 미래가 밝지만은 못한 기술이다.
- 다음편에 계속 -
| <출처> 1. 나무위키 : 백신반대운동 https://namu.wiki/w/%EB%B0%B1%EC%8B%A0%20%EB%B0%98%EB%8C%80%20%EC%9A%B4%EB%8F%99 2. 나무위키 : 페스트 https://namu.wiki/w/%ED%8E%98%EC%8A%A4%ED%8A%B8?from=%ED%9D%91%EC%82%AC%EB%B3%91 3. 나무위키 : 코로나바이러스감염증-19/확산원인 https://namu.wiki/w/%EC%BD%94%EB%A1%9C%EB%82%98%EB%B0%94%EC%9D%B4%EB%9F%AC%EC%8A%A4%EA%B0%90%EC%97%BC%EC%A6%9D-19/%ED%99%95%EC%82%B0%20%EC%9B%90%EC%9D%B8 4. 나무위키 : 코로나바이러스감염증-19 https://namu.wiki/w/%EC%BD%94%EB%A1%9C%EB%82%98%EB%B0%94%EC%9D%B4%EB%9F%AC%EC%8A%A4%EA%B0%90%EC%97%BC%EC%A6%9D-19 5. 접종률관련 데이터 : our world in data https://ourworldindata.org/ 6. 나무위키 : 백신 https://namu.wiki/w/%EB%B0%B1%EC%8B%A0 |