CHEMI.STORY

mRNA 백신의 원리

mRNA백신이란 차세대 유전공학 백신으로 불릴 만큼 혁신적인 백신이었습니다. 코로나 백신을 예로 들면 코로나 바이러스라고 불리게 된 이유는 그림과 같이 표면 돌기가 2차원적 사진에서 보면 왕관 모양을 형성하고 있습니다. 코로나란 라틴어로 왕관이란 뜻으로 왕관의 모양을 한 바이러스라 해서 코로나 바이러스로 불리게 됐습니다. 이 코로나 바이러스의 돌기 부분을 스파이크 단백질(S-protein)이라 불리는데 바로 이 부분을 우리 몸 안에서 직접 만들고, 만들어진 단백질을 외부 침입자로 간주해 항원-항체 반응이 일어나 항체를 형성하는것이 mRNA 백신의 핵심입니다.
자세히 설명하자면 스파이크 단백질을 인위적으로 mRNA를 만들어 인체에 주입하면 리보솜으로 이동하고, 세포 내 리보솜은 mRNA 코드를 읽고 이를 사용하여 일련의 아미노산을 결합하여 단백질을 만듭니다. 단백질이 세포 밖으로 세어나가 돌기가 생성되는데 즉, 코로나 바이러스와 껍데기만 같은 바이러스 단백질이 형성되는 것입니다. 이에 몸에서는 항체를 만들고 자연스럽게 백신의 효과를 나타나게 됩니다. 이렇게 만들어진 항체는 코로나 바이러스가 우리 몸에 침투 시 코로나 바이러스의 스파이크 단백질에 반응해 코로나 바이러스를 죽일 수 있는 것입니다.

mRNA 백신의 장점

기존 백신의 경우 크게 3가지의 백신 개발 방법이 있습니다. 첫 번째는 대장균에서 플라스미드를 분리하여 일부를 절단하고 항체 형성에 필요한 바이러스의 DNA를 삽입 후 다시 대장균에 넣어 대량으로 증식시켜 백신을 만드는 방식입니다. 두 번째 방식은 무균상태에서 원숭이, 강아지의 신장세포를 대량으로 배양시킨 후 바이러스에 노출시켜 바이러스를 증식시킵니다. 후에 세포와 바이러스를 분리하고 불활성화, 약화 과정을 거쳐 정제하여 백신을 만듭니다. 마지막 세번째는 유정란(계란)에 바이러스를 주입하여 바이러스 단백질을 배양하고, 바이러스만 정제 및 분리하여 백신을 개발합니다. 이 방법은 전 세계 백신 개발의 90%가 이 방법을 사용할 정도로 안정적이지만 바이러스 단백질이 만들어질 때까지 3~4개월이 소요된다는 단점이 있습니다.

mRNA 방식의 백신은 유전물질을 인체에 삽입하여 바이러스 단백질을 인체내에서 직접 만들기 때문에 개발 기간이 최소 3~4개월이 단축된다는 장점이 있습니다. 여기에 기존 바이러스 백신은 약해진 바이러스를 인체에 투입합니다. 바이러스 자체를 투입하기 때문에 투여받는 사람의 건강상태에 따라 부작용이 생길 확률이 있습니다. 하지만 mRNA 백신의 경우 바이러스를 투입하는 것이 아니기 때문에 비교적 안정하다는 장점이 있습니다.

mRNA 백신의 단점

미국 대형 제약회사에서는 mRNA 백신을 상용화만 안 했을 뿐이지 만들 충분한 기술력과 기반을 다져놓은 상태였습니다. 상용화를 하지 않은 이유는 빠르게 생산할 수 있는 장점에 비해 영하 70도에서 보관해야 하는 mRNA백신의 특성상 운송 및 유지비용이 부담스러웠을 것입니다. 또한 콜드체인(최종 소비자에게 보내는 과정에서 온도를 낮게 유지하는 시스템)까지 형성해야하는데 백신 수요가 작으면 배보다 배꼽이 큰 상황이 올 수 있기 때문입니다. 실제로 영하 70도를 유지해야 하는 화학 분석 기기 중 proton NMR(nuclear magnetic resonance) 기기가 있습니다. 우리가 흔히 알고 있는 *MRI (nuclear magnetic resonance imaging)의 기본 원리가 되는 기기입니다. 이 기기는 연구를 하는데 있어 물질 규명을 할 수 있는 중요한 기기지만 규모가 큰 대학교의 공동기기실에만 있습니다. 이유는 기기를 유지하기 위해선 액체 질소로 유지를 해야 하는데 이 유지비용만 일 년에 억 단위로 소모가 되기 때문입니다. 이처럼 영하 70도 유지란 생각보다 유지비도 클뿐더러 콜드체인 과정에서 문제가 생기면 백신이 제대로 작용할 수 없기 때문에 운송 과정 관리비도 문제가 됩니다. 따라서 전 세계를 수요로 하는 코로나 백신이야 말로 mRNA를 생산하여 테스트해보기에 최적의 상황입니다. 이러한 냉각 및 운송 과정이 기술의 발달로 더 나은 상태가 되면 이번 백신 개발을 발판 삼아 전 세계 백신 시장의 판도를 바꿀 수 있을 것입니다.
 
*MRI : 실제 이름은 NMRI(핵자기공명영상)이지만 핵이란 단어에 부정적인 사람들의 인식상 nuclear를 뺀 나머지만 읽음

바이러스 백터 백신이란?

현재 코로나 백신의 경우 176개의 후보물질이 있으며, 이중 임상 3상을 진행 중인 백신은 아스트라제네카, 모더나, 화이자, 시노팜, 스푸트니크 정도 됩니다. 이 중 아스트라 제네카와 스푸트니크가 바이러스 백터 백신에 해당되는 백신인데 현재 제네카의 경우 90%의 효능을 보이고, 스푸트니크는 95%의 효능을 보이고 있다고 주장하고 있다. 여기서 말하는 바이러스 백터 백신은 우리가 DNA 정보를 잘 알고 있는 아데노바이러스를 이용해 백신을 만드는 방식이다. 아데노 바이러스에서 인체에 유해한 부분을 제거한 후 스파이크 단백질의 DNA를 삽입합니다. 이를 인체에 투입하면 DNA를 mRNA로 전사하고 스파이크 단백질을 만들게 됩니다. 이러한 방식은 처음 시도되는 백신으로기존 바이러스를 직접 투입하는 기존 백신 방식과 유사하지만 그보다는 진보하였고, mRNA 백신의 원리로 작동하지만 mRNA 백신의 전 단계인 예매한 위치에 놓여있다고 판단됩니다. 

바이러스 백터 백신의 단점

우선 mRNA 백신과 비교하여 바이러스를 직접 투입하기 때문에 인체 안정성 측면에서 mRNA에 비해 떨어집니다. 또한 바이러스 백터 백신의 경우 기존 아데노바이러스를 사용한다는 점에서 바이러스 자체를 사용하지 않는 mRNA 백신보다 면역 시스템에서 거부할 확률이 높습니다. 또한 기존 아데노바이러스에 대한 항체가 있는 사람이나 스파이크 단백질에 대한 항체 생성이 아닌 아데노 바이러스의 항체를 생성하게 될 시 코로나 백신으로서의 기능을 제대로 할 수 없을 수 있습니다. 이는 투입양에 따라 60~90프로의 코로나 백신 성능을 보이는 제네카의 임상 3상 실험 결과와 연관될 수 있다고 생각됩니다. 

바이러스 백터 백신의 장점

바이러스 백터 백신의 보관 온도는 0~10도 사이로 mRNA의 보관 온도인 -40~-70도에 비해 상당히 안정적으로 백신을 배달할 수 있습니다. 0~10도의 경우 일반 냉동탑차를 사용해서 배송할 수 있으며, 일반적인 제약사들은 이정도 온도에서의 운반체계를 이미 갖춰놓은 상태이기 때문에 안정적인 백신 운송이 가능할 것으로 예상됩니다. 콜드 체인을 형성하고 중간 관리 체계를 확실하게 유지해야하는 모더나, 화이자에 비해 바이러스 백터 백신인 제네카는 그 운송비 및 유지비를 상당 부분 아낄 수 있을 것으로 예상됩니다. 더 나아가 우리에게도 보다 안정적인 백신을 공급받을 확률이 mRNA 백신보다 높다고 생각됩니다.