[백신] 화이자 백신 원리, mRNA 백신 [코로나 백신]

• 백신 이란?

‘예방 접종’은 바로 몸 속 기억력을 활용한 것입니다.

외부로부터 바이러스, 곰팡이 같은 병원체가 체내에 침투하면 우리 몸은 이 침입자 병원체로부터 몸을 지키기 위해 방어 부대를 창설합니다.  항원에 대항해 만들어진 항체는 그 항원을 기억하고 있다가 다음 번에 같은 병원체가 들어오면 처음보다 훨씬 빠르고 강력하게 대응합니다. 예방 백신은 이 ‘기억력’에 기대어 만들어집니다.

그런데 신체가 만들어내는 방어 부대는 병원체 자체가 아니라 병원체 표면에 부착된 분자인 항원에 반응합니다. 어떤 병원체가 A라는 이름표를 달고 있으면 A라는 이름표에 달라붙어 움직이지 못하게 하거나 분해하는 방법으로 병원체를 공격하는 것입니다.

아쉬운 일은 A병원체를 물리친 방어 부대가 B병원체, C병원체에게 모두 통하는 만능이 아니라는 점입니다.

A병원균에는 A항체, B병원균에는 B 항체 이런 식으로 그때마다 새로운 부대를 만들어 반응합니다.

따라서 정체 불명의 강력한 병원균이 들어오면 제때 항체를 만들지 못해 병에 걸릴 위험이 있습니다.

다행히 신체의 방어 부대에는 이를 만회할 탁월한 능력이 있으니 바로 기억력입니다.

특정 항원에 대항해 만들어진 항체는 그 항원을 기억하고 있다가 다음 번에 같은 병원체가 들어오면 처음보다 훨씬 빠르고 강력하게 대응합니다. 예방 백신은 이 ‘기억력’에 기대어 만들어집니다.

 

병을 앓기 전에 미리 그 병의 병원균을 몸 속에 삽입해 방어 부대를 키워두면, 다음에 실제 전투가 벌어졌을 때 강력하게 대처하게 됩니다. 아프지도 않은데 맞아야 하는 주사, 예방 접종은 이런 항체의 기억력 덕분에 탄생했습니다. 예방 백신은 이 기억력 좋은 병사들을 모아 실전과 유사하게 교육 시키는 시뮬레이션 전투 프로그램인 셈입니다.

열이 있거나 아플 때는 예방 접종을 하지 않습니다. 당연한 일입니다.

예방 백신이란 신체의 면역력을 키우기 위해 이미 죽거나 기능이 약해져 질병을 일으키기 힘든 병원균을 인공적으로 삽입하는 것입니다. 따라서 몸이 건강하지 못한 상태라면 백신에 포함된 병원균 때문에 되려 질병에 노출될 위험이 있습니다.

항상 죽은 균을 사용해 백신을 만들면 질병에 걸릴 위험은 사라지겠지만 특정 병원체들은 죽은 균으로는 항체가 제대로 만들어지지 않기 때문에 어쩔 수 없습니다. 결핵, 장티푸스, 황열, 홍역, 풍진, 천연두 등이 살아 있는 균을 이용하는 대표적인 백신이지요.

예방 백신으로 단련된 신체 방어 부대에게도 처치 못할 난적이 있습니다. 

만일 어떤 병원체가 수십 개의 이름표를 가지고 침입할 때마다 A, B, C, D ···를 번갈아 사용하면 어떻게 될까요? 

정작 잡아야 할 적은 하나인데 몸은 방어 부대들을 만들어내느라 힘을 다 써버리고 말 것입니다.

경찰이 검은 머리에 뿔테 안경을 쓴 중년 남자를 수배했는데, 범인이 긴 금발머리 여자로 감쪽같이 변장하고 다닌다면 시민들의 제보를 기대하기 힘든 것과 마찬가지입니다.

에이즈 바이러스가 변종이 많은 대표적인 예. 이미 20년 전에 바이러스가 발견되었지만 백신이 개발 단계에 이르면 바이러스가 또 다른 형태로 모습을 바꾸기 때문에 몇 년의 연구가 허사가 되곤 합니다. (현재 코로나 바이러스도 변이가 나오고 있지요..)

백신마다 유효기간이 다른 것도 곤란한 일입니다.

감기로 널리 알려진 인플루엔자의 경우 백신의 유효기간이 3개월에서 길어야 6개월.

기껏 부대를 만들고 병사들을 훈련시켜 놓아도 6개월이 지나면 도루묵이 되는 것입니다.

반면 홍역처럼 한번의 백신 투여로 20~25년간 유지되는 경우도 있습니다.

문제는 아직까지 모든 백신의 면역기간이 명확하게 밝혀지지 않은 것입니다.

천연두나 소아마비는 한번 맞으면 평생 예방되는 것으로 알려져 있지만 장담할 순 없는 일입니다.

언제 병원균이 자기 몸을 바꿀지 알 수 없기 때문입니다.

신체의 항원에 대한 면역 기억력이 어떤 매커니즘을 통해서 이뤄지는지에 대한 연구도 계속 되어야 합니다.

한 가지 더. 우리 몸을 보호하는 이 기억력이 탁월한 부대는 종종 과잉 근무로 문제를 일으키곤 합니다.

특별히 해가 없는 외부 물질에 대해 과잉 반응을 보여 알레르기 증상을 일으키거나,

신체 내부 물질에 대항해 면역 체계를 발동시켜 류머티즘과 같은 병을 유발하기도 합니다.

백신의 원리는 단순합니다.

하지만 개발까지 쉬운 일은 아닙니다.

한 개의 백신이 세상에 나오기 까지는 대략 7년의 세월이 걸립니다.

바이러스의 변이 때문에 무용지물이 되는 경우도 있고, 부작용으로 상용화되지 못하는 경우도 있습니다.

모든 백신이 소중합니다.

무엇보다 소중한 것은 그 백신을 만드는 뿌리가 되는 우리 몸 속 면역 체계의 기억력입니다.

한 번 잡은 것을 절대 잊지 않는 똑똑하고 든든한 자체 방어 부대이기 때문입니다.

출처: 백신! 너를 알려줘 (KISTI의 과학향기 칼럼)

• 코로나19바이러스

 

COVID-19을 일으키는 SARS-CoV-2 바이러스 모양. 과학자들은 S단백질(Spike protein)을 항원으로 하는 백신들을 만들었습니다. 특히 mRNA 백신은 S단백질 설계도인 S 유전자 서열(RNA)만으로 만들어졌고, 코로나19바이러스 자체는 백신 어디에도 들어가지 않았습니다. 백신을 맞고 잘못해서 코로나 19에 걸리는 일은 없을까 걱정하지 않아도 됩니다.

 

백신 제조법 중 가장 최신으로 꼽히는 유전공학 백신(DNA 혹은 mRNA 백신)은 정복하기 어려웠던 질병도 면역을 얻을 수 있지만, 그렇다고 모든 상황에서 핵산 백신이 최선이라고 보기는 어렵습니다.

 

• 코로나 백신 시대 연 ‘mRNA 백신’

화이자와 모더나, 두 가지 백신 모두 mRNA(유전정보전달물질)를 이용하고 있는 ‘핵산’ 백신입니다.

메신저리보핵산(mRNA) 백신의 원리 자체는 이전부터 논의됐지만,실제로 개발한 것은 이번이 처음.

코로나19 상황에 빠른 대응이 가능할 거라고 보고 과감히 새로운 방법을 도입한 것입니다.

면역반응을 유도하는 ‘항원’을 우리 몸속 세포가 생산하도록 ‘설계도’를 넣어주는 방법입니다.

한 번 기술개발을 마치면 기존의 백신으로 예방이 어려운 새로운 변종이 등장했을 때 언제든 mRNA 구조를 바꾸어 즉시 새로운 백신을 개발, 투입하기 유리한 것도 장점입니다. 물론 임상시험은 다시 거쳐야 합니다.

 

메신저리보핵산(mRNA) mRNA 백신은 질병이나 부작용을 일으킬 수 있는 물질을 몸에 넣지 않고 우리 몸속에서 본래 쓰이는 신호전달물질만을 주사로 맞는 방식이라 이론적으로는 일체의 문제 소지가 없어 보입니다. 그러나 현실은 조금 다릅니다. 백신 속 mRNA가 코로나19 항원 생산에 꼭 필요한 정보만을 정확하게 세포에 전달할지를 확증할 수 없기 때문입니다. 설계가 올바르게 됐다고 해도 합성과정에서 착오나 변형이 없다고 단정할 수 없고, 사람마다 세포 형질의 미묘한 차이도 무시하기 어렵습니다. 또한, mRNA를 전달하기 위해 중간과정에 사용하는 지질 입자도 다소 문제가 될 수 있다는 지적이 있습니다. 모든 부작용을 완전히 없애기는 어렵다는 뜻입니다. 현실적으로는 부작용을 실용화가 가능한 수준까지 낮추는 것이 관건이며, 이는 임상시험을 통해 확인하는 수밖에 없습니다.

현재 화이자와 모더나, 두 종류의 백신 모두 피로, 두통 등의 부작용이 보고되고 있으나 큰 문제는 없는 것으로 나타나 사용승인을 받았습니다.

코로나19 백신중에서 가장 유명한 것이 ‘화이자’가 개발한 백신일 것입니다.

그 뒤를 이어 ‘모더나’가 개발한 백신도 유명합니다.

거의 동시에 개발됐으나 화이자가 승인을 더 빨리 받았습니다.

즉 최초의 코로나19 백신은 ‘화이자’ 백신입니다.

미국에선 현재 이 두 가지 백신을 주로 접종하고 있습니다.

거대 제약사가 개발한 만큼 생산과 유통 역량도 높아 물론 유럽과 아시아 등 여러 나라에서 이 두 백신을 적극적으로 도입하고 있습니다.

 

단점은 유통이 불편하다는 점. 

메신저리보핵산(mRNA) mRNA는 높은 온도에 대단히 취약합니다.

화이자는 영하 70도 이하, 모더나는 영하 20도 이하로 보관 및 운송해야 합니다.

영하 70도 유통이 현실적으로 가능하냐는 의문이 있을 수 있는데, 화이자 측은 드라이아이스 등의 값싼 냉매와 함께 약 5,000개 분량씩 밀봉, 포장하면 25일 정도는 보관할 수 있다고 밝힌 바 있습니다.

이 패키지에서 꺼낸 다음엔 일반 냉동고 등에서 5일 정도 추가 보관이 가능합니다.

이 정도면 세계 어디든 비행기를 통해 공급할 수 있어 보입니다.

 

• DNA 백신의 변형, ‘바이러스벡터’ 백신

코로나19 유행 이전 ‘DNA 백신’이라고 불리는 방법이 큰 주목을 받고 있었습니다.

유전자 백신이라고도 불리는데, 병원체 중 항원 부분의 단백질 유전자를 떼어내서 만듭니다.

이 유전자가 들어오면 사람의 세포는 병원체에 대한 항원(코로나19의 경우 스파이크 단백질)을 생산하게 됩니다.

그간 실용화되지 않고 동물용 백신 개발 등에 쓰였습니다.

 

마찬가지로 유전자를 투입하기는 하지만, 그 전달과정에서 다른 바이러스를 껍질(벡터)로 이용한 것이 ‘바이러스벡터’ 백신입니다.

이 방식으로 개발된 영국 ‘아스트라제네카’ 백신이 현재 여러 나라에서 사용되고 있습니다.

국내에서도 현재 주력 코로나19 백신으로 쓰입니다.

얀센(존슨앤드존슨 자회사) 백신, 러시아에서 개발한 스푸트니크V 등도 같은 방식으로 개발됐습니다.

 

mRNA 방식 백신의 예방률은 보통 90% 이상인데, 바이러스벡터 방식은 상대적으로 낮아 아스트라제네카가 70.5%, 얀센의 경우 66.9%를 보입니다. 바이러스벡터 자체에 대해 후천성 면역이 생기기 때문이라는 해석도 있습니다.

다만 얀센의 경우 두 번이 아니라 한 번만 맞도록 설계돼 있어서 편의성 면에서는 뛰어납니다.

DNA 방식의 백신은 본래 이론적으로 대단히 안전하지만, 바이러스벡터 방식을 채용하면서 다소 논란이 생기고 있습니다.

인간에게 감염되지 않는 종류라고는 하지만, 살아있는 바이러스를 사람의 몸에 주입하는 식이라 이 바이러스 자체에 면역이 일어날 수 있어서다. 약물의 전달체를 적으로 보고 공격하는 일이 벌어지는 셈입니다.

 

최근 안전성 문제도 이야기가 많습니다. 

아스트라제네카 백신의 경우 일부 환자들에게 혈전이 생긴다는 지적이 있었는데, 

얀센 백신도 같은 혈전 부작용이 보고되고 있어 ‘바이러스벡터 방식이 갖는 근본적인 문제’라는 지적도 나옵니다.

 

그러나 혈전 발생으로 생기는 위험과 비교해 코로나19를 예방해 얻을 수 있는 이점이 더 크다는 판단에 따라 여전히 많은 나라에서 이 방식의 백신을 접종 중입니다. 혈전 부작용이 알려지면서 국내에선 코로나19 감염시 사망률이 매우 낮은 젊은 층(30대 미만)은 아스트로제네카 백신 접종을 권고하지 않고 있습니다.

이 방식의 백신 보관온도는 섭씨 4℃ 정도로 냉장유통 시스템이 필요합니다.

본래 DNA 백신은 온도변화에 강해 실온 보관도 가능한데,

바이러스벡터 방식은 살아있는 바이러스를 전달체로 사용했기 때문입니다.

• 기존 기술로도 코로나19 백신 개발은 가능
  

시간이 지나면서 이제는 이런 ‘전통적 방식’으로 백신을 개발해 실용화 단계에 이른 경우가 눈에 들어옵니다.

이 중 가장 주목할 만한 것이 항원 단백질을 외부에서 만들어 주사로 맞는 ‘재조합’ 백신입니다.

오랜 기간 의학계에서 사용해 온, 안전성이 높고 비교적 확실한 방법이라 기대가 되고 있습니다.

B형간염 백신을 이 방법으로 개발했습니다.

 

코로나19 백신 중 이 방식을 채용한 것은 ‘노바백스’ 백신입니다. 

나방세포를 이용해 합성한 스파이크 단백질을 면역증강제와 섞어 필요한 후천성 면역을 확보하는 식인데, 항원 단백질을 만들어 그대로 주입하는 것이기 때문에 효과가 확실하고, mRNA나 바이러스벡터 방식에 비해 보관이나 취급도 유리합니다.

노바백스 백신은 현재 영국과 유럽에서 사전심사와 순차 심사가 진행되고 있습니다. 국내에도 도입될 것으로 보입니다.

국내기업 에스케이바이오사이언스가 노바백스 백신의 위탁생산 계약을 맺었고, 정부와 공급계약도 체결했습니다. 특히 계약에 따라 에스케이바이오사이언스가 자유롭게 국내 공급 할 수 있을 것으로 보여 기대받고 있습니다.

‘코로나19는 대단히 특이한 바이러스라서 최신 유전자 공학기술이 없인 백신을 만들 수 없다’라고 여기는 경우가 많은 것 같습니다. mRNA나 바이러스벡터 같은, 과거에 사용하지 않던 기술을 이용해 백신을 개발하지 않으면 효과가 없을 거라는 우려입니다. 이에 대해 전문가 의견은 ‘반드시 그렇지는 않다’입니다. 과거에도 많은 바이러스 질환 백신을 개발해 왔으며, 코로나19 백신도 이런 방법으로 제조가 가능합니다. 다만 기존 방식으로 백신을 개발하면 생산까지 많은 시간이 걸릴 수 있다는 점 등을 고려해 최신의 방식이 주목받았다는 설명이 많습니다.

 

mRNA나 바이러스벡터 방식, DNA 방식 등 이른바 ‘핵산 기반’ 백신은 항원의 유전자의 형태만 파악하면 합성할 수 있어 빠르게 개발할 수 있기 때문입니다. 국내 한 제약사 관계자는 “코로나19 바이러스도 사백신이나 재조합 백신으로도 필요한 예방효과를 기대할 수 있다”면서도 “다만 개발 기간이 길고 제조공정도 손이 많이 가므로 mRNA나 바이러스벡터 방식이 먼저 개발된 것으로 보인다”고 했습니다.

이 밖에 중국의 ‘시노백’과 ‘시노팜’ 백신도 언론에 자주 등장합니다.

이 두 종류 백신은 전형적인 ‘불활성화 백신(일명 사백신)’입니다.

바이러스를 배양해 불활성화한 다음 주사로 맞는 방식입니다.

이중 시노팜은 2021년 5월 8일 18세 이상 성인을 대상으로 사용할 수 있도록 WHO(세계보건기구)의 긴급승인을 받았습니다. 전통적 백신제조 방식이 WHO의 사용 승인을 받은 것은 시노팜이 처음입니다.

임상시험 데이터에서 나타난 효능이 기준에 부합하고, 79%의 예방효과를 보였다는 것이 WHO측의 설명입니다.

다만 중국의 경우 ‘기술력은 둘째 치더라도 제조공정을 신뢰할 수 없다’는 의견이 많습니다. 

백신을 개발하면서 유효성·안전성에 대한 자세한 정보를 공개하고 검증받는 과정을 거치지 않고 있는데다, 실제 생산, 유통된 경우도 품질에 대한 입증이 잘 되지 않고 있습니다. 터키는 지난 1월부터 4월까지 인구의 24%를 넘는 약 2,000만 명에게 중국 백신을 접종했으나 확진자가 도리어 크게 늘고 있습니다. 터키 정부는 러시아로부터 ‘스푸트니크V’를 다시금 도입할 예정입니다.

앞으로 새로운 코로나19 백신이 계속 등장할 것입니다.

재조합백신의 일종으로 바이러스의 일부 입자를 흉내내 만든 ‘바이러스 유사입자(VLP)’ 백신도 코로나19 대응 기술로 주목받고 있는데, 현재 인도혈청연구소가 VLP 방식의 코로나19 백신을 개발 중입니다. 자궁경부암 바이러스 백신이 이 방법으로 개발된 바 있습니다.

 

바이러스벡터 방식이 아닌, 순수 DNA 방식의 백신도 곧 등장할 것으로 보입니다. 미국 ‘이노비오’가 이 방식으로 백신을 개발 중입니다.  국내에서도 임상시험이 진행 중인 것이 꽤 여러 종류입니다. 노바백스를 생산을 맡은 에스케이바이오사이언스가 같은 원리의 ‘재조합백신’ 2건에 대해 임상시험을 진행 중이며, 아스트라제네카와 유사한 바이러스벡터 방식은 ‘셀리드’가 임상시험을 진행 중입니다. 이 밖에 국제백신연구소와 제넥신, 진원생명과학 등의 제약사에서 바이러스백터를 사용하지 않는 순수 DNA 백신을 개발해 임상시험을 하고 있습니다.

 

출처: sciencetimes.co.kr/news/%ec%a0%9c%ec%a1%b0-%ec%9b%90%eb%a6%ac%eb%a1%9c-%ea%b5%ac%eb%b6%84%ed%95%b4-%eb%b3%b8-%ec%bd%94%eb%a1%9c%eb%82%9819-%eb%b0%b1%ec%8b%a0/

 

• 화이자-바이오앤텍 백신의 원리,  mRNA 백신

아래 이미지는 미국 워싱턴주 스노후미시군의 보건당국이 한국어로 코로나19 mRNA 백신의 원리를 설명한 자료입니다. 최초의 COVID-19백신은 바로 이 mRNA 백신이었고, 모더나 백신과 화이자-바이오앤텍 백신이 여기에 속합니다.

 

출처: snohd.org/ImageRepository/Document?documentId=6076

 

다양한 유형의 백신

 

백신에 대한 면역 반응의 생성

 

 

전염성이 높은 질병에 대한 집단 면역의 개념. 감염되기 쉬운 사람에는 예방 접종을 받지 않은 사람(너무 어려서 등), 예방 접종을 받을 수 없는 사람(예를들어 면역력 결핍이 있어서), 백신이 면역을 유도하지 않은 사람, 초기 백신을 받은 사람이 포함됩니다. 

가운데 그림처럼 일부가 백신을 맞게 될 경우, 충분한 면역이 되지 않습니다. 마지막 그림으로 보았을 때, 전체의 60-70%가 백신을 맞아야 비로소 집단 면역이 형성됩니다. 출처: www.nature.com/articles/s41577-020-00479-7