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[바이오토픽] 코로나바이러스 백신, 어떻게 만드나?
의학약학 양병찬 (2020-05-19)

코로나바이러스 백신, 어떻게 만드나?

© Wellcome Trust

백신의 기초

모든 백신의 목표는, 인체를 항원에 미리 노출시킴으로써 면역반응을 촉발하는 것이다. 그러므로 백신의 생산 방법을 알아보기 전에, 인체가 면역성을 획득하는 방법을 알아보기로 하자.


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현재 100여 가지의 코로나바이러스 백신이 개발되고 있다. 그런데 항(抗)바이러스 백신을 제조하는데 사용되는 요소에는 네 가지(① 바이러스 자체, ② 바이러스 벡터, ③ 핵산, ④ 단백질)가 있으며, 각각의 개발현황을 비교하면 다음과 같다.


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그렇다면 네 가지 백신은 각각 어떻게 개발되는지 자세히 알아보기로 하자.

1. 바이러스 백신(virus vaccine)

현재 최소한 일곱 개 팀이 바이러스 자체(약독화 또는 불활성화 형태)를 이용하여 백신을 개발하고 있다. 기본의 백신들 중 상당수, 예컨대 홍역 백신이나 폴리오 백신은 이런 식으로 개발되고 있다. 그러나 그러려면 광범위한 안전성 검사를 거쳐야 한다. 중국 베이징 소재 시노백 바이오텍(Sinovac Biotech)은 사람을 대상으로 SARS-CoV-2의 불활성화 버전을 테스트하기 시작했다.

(1) 약독화 바이러스
전통적으로, 하나의 바이러스를 백신용으로 사용하기 위해 약독화시키려면, 동물이나 인간의 세포를 통과시키며 '질병을 초래할 가능성이 낮은 변이'를 획득할 때까지 기다려야 한다. 뉴욕주 파밍데일 소재 코다제닉스(Codagenix)는 인도의 푸네에 있는 백신 제조업체 인도혈청연구소(Serum Institute of India)와 손을 잡고, 유전자코드를 변형하여 SARS-CoV-2를 약화시킴으로써 바이러스 단백질을 덜 효과적으로 생산하게 하려고 노력하고 있다.

(2) 불활성화 바이러스
이 백신의 경우, 화학물질(예: 포름알데히드)이나 열(heat)을 이용하여 바이러스의 감염성을 제거한다. 그러나 그렇게 하려면, 대량의 감염성 바이러스를 갖고서 연구를 시작해야 한다.


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2. 바이러스 벡터 백신(virus-vector vaccine)

약 25개 연구팀은 다른 바이러스를 벡터(운반체)로 이용하는 백신을 개발하고 있다. 연구자들은 홍역 바이러스나 아데노바이러스와 같은 바이러스의 유전자를 변형하여, 인체 내에서 코로나바이러스의 단백질(예: 스파이크 단백질)을 만들도록 만든다. 단, 바이러스 벡터는 질병을 초래하지 않도록 약화시켜야 한다. 벡터로 사용되는 바이러스에는 두 가지 유형이 있는데, 하나는 세포 내에서 여전히 복제할 수 있고, 다른 하나는 핵심 유전자가 불능화되어 있어 복제할 수 없다.

(1) 복제 가능한 바이러스 벡터(예: 약화된 홍역 바이러스)
'세포 내에서 복제하는 바이러스'의 비근한 사례는 새로 승인된 에볼라 백신이다. 이런 백신은 안전하며, 강력한 면역반응을 촉발할 수 있다. 그러나 벡터로 사용되는 바이러스에 대한 기존의 면역성이 백신의 효능을 떨어뜨릴 수 있다.

(2) 복제하지 않는 바이러스 벡터(예: 아데노바이러스)
현재 승인받은 백신 중에 이 방법을 사용하는 것은 없지만, 유전자요법에서 오랜 역사를 갖고 있다. 장기적인 면역을 유도하려면 추가접종(booster shot)이 필요할 수 있다. 미국에 본사를 둔 거대제약사 존슨&존슨이 이 접근방법에 관심을 보이고 있다.


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3. 핵산 백신(nucleic-acid vaccine)

최소한 20개 연구팀이 (면역반응을 촉진하는) 코로나바이러스 단백질에 대한 유전적 지시서(DNA 또는 RNA와 같은 핵산)를 사용하는 것을 목표로 하고 있다. 그 핵산을 인간의 세포에 삽입하면, 바이러스 단백질의 사본(copies)이 쏟아져 나온다. 대부분의 핵산 백신은 코로나바이러스의 스파이크 단백질을 코딩한다.

(1) DNA 백신: 전기천공법(electroporation)을 통해 세포막에 구멍을 뚫어 DNA 흡수를 촉진한다.

(2) RNA 백신: RNA가 세포 속으로 들어가도록 하기 위해, 종종 지질코팅(lipid coating) 속에 봉입한다.

※ RNA와 DNA를 기반으로 한 백신은 '바이러스'가 아니라 '유전물질'만 사용하므로, 안전하고 용이하게 개발할 수 있다. 그러나 효능이 입증되지 않았으며, 현재 승인받은 백신중에 이런 기술을 사용한 것이 없다.


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4. 단백질기반 백신(protein-based vaccine)

많은 연구자들은 코로나바이러스의 단백질을 인체 내에 직접 주입하고 싶어한다. 단백질 단편이나 (코로나바이러스의 외피를 모방한) 단백질껍데기를 사용할 수도 있다.

(1) 단백질 서브유닛
28개팀은 바이러스 단백질의 서브유닛을 이용하여 백신을 개발하고 있는데, 그중 대부분은 바이러스의 스파이크 단백질이나 수용체 결합영역(receptor binding domain)이라는 핵심부분에 집중하고 있다. 비슷한 원리를 이용한 SARS 백신이 원숭이를 감염에서 보호한 적은 있지만 임상시험은 수행되지 않았다. 이 백신이 작동하려면 여러 번 접종받아야 하며 보강제(adjuvant: 백신과 함께 제공되는 면역자극분자)가 필요할 수 있다.

(2) 바이러스 유사 입자(VLP: virus-like particle)
텅 빈 바이러스 껍데기는 코로나바이러스의 구조를 흉내내지만 감염성이 없다. 왜냐하면 유전물질이 없기 때문이다. 5개팀은 VLP 백신을 개발하고 있는데, 이것은 강력한 면역반응을 촉발할 수 있지만 만들기가 어려울 수 있다.

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-01221-y?

 

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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