국내 코로나19 대유행의 원인과 재발 방지를 위한 제언

[사무국]

한국시니어과학기술인협회 농식품·바이오·의약분과 · 신 영 오

 2019년에 시작된 코로나19는 전세계적유행(pandemic)을 일으키면서 확산중이다. 코로나바이러스(CoV)는 경증 감기질환 중에서 15~30%를 차지하던 감기의 주요병원체였다. 그러나 2000년대에 들어와서 폐렴 등을 일으키는 신종들이 출현하고 있다.

 즉 사스는 2002년에 시작되어 32개 국가에서 8000여 명의 환자로부터 800여 명의 사망자가 발생하였다. 이에 비하여 2019년에 발생한 코로나19는 현재 200여 개국가에서 40만 정도의 환자로부터 2만여 명의 사망자가 발생하고 있다.

 이러한 세계적 유행을 차단하기 위해서는 효과적인 방역 정책의 시행과 아울러 유효한 백신의 개발이 필수적이다. 백신은 지금과 같은 추세를 차단할 가장 효과적인 무기로 평가된다.

코로나19 백신 제조 원리와 특성

 코로나19 백신에는 재래의 백신 기술에 더하여 유전자 재조합 기술의 활용과 이를 활용한 다양한 백신 제조 전략들이 요구된다. 백신은 바이러스의 병원성에 관여하는 단백질들을 체내에 접종하여 재유행 시의 침입을 방어하는 물질이다. 따라서 코로나19 백신 개발에는 면역원으로 작용할 수 있는 바이러스 항원의 규명이 출발점이다.

 성숙한 SARS-CoV-2는 4개의 구조 단백질로 구성되어 있다. 즉 이들은 외막(envelope, E), 막(membrane, M), 뉴클레오캡시드(nucleocapsid, N), 그리고 외막으로부터 방망이 같이 튀어나온 스파이크(S)들로서 구성되어 있다(그림 1). 이 모든 단백질들이 아마도 중화항체를 자극하고, CD4+ CD8+/T세포 반응을 증가시킬 항원으로 작용할 가능성이 높다. 전체 바이러스 입자를 사용한 백신은 전통적 백신 제조 방법이다. SARS-CoV-2의 중요한 당단백질은 바이러스의 세포와의 결합과 침입에 관여한다. 이 바이러스의 선구(pre ursor) 당단백질은 당단백질 분해효소에 의하여 S1과 S2 아단위로 절단되며 이들 두 아단위 단백질이 백신 개발의주 표적이며 이 부위에 대한 동물실험이 기대된다.

 특이 항원 부위를 정제한 아단위(subunit) 백신은 특이 유전자로부터 만들어진 항원 단백질이나 당단백질들로서 신 속 한 제조와 낮은 부작용이 장점이다 . 그러나 아단위백신은 완전한 보호 작용이 어려울 수 있으며 여러 번의 접종이 요구되는 단점이 있다.

 또 다른 방법은 생백신으로서 E 단백질을 제거하는 등생바이러스에 병원성만을 없앤 바이러스이다. 실제 돼지 코로나바이러스 등에서 생백신을 사용하여 예방하거나 다음의 유행에서 질병을 완화하는 방법을 사용하고 있다.

코로나19 백신 개발 현황 및 전망

 일부 동물 코로나바이러스 백신의 성공에도 불구하고 코로나19 백신의 성공적 개발에는 많은 해결 과제들이 남아 있다. 코로나19 백신 개발에서 핵심 기술은 유전자 조작, 안정되고 효율적인 벡터의 확보와 효율적인 대량 생산체제와 안전성의 확보 등이다.

 코로나19 백신의 제조 방법에 따른 특성들은 다음과 같다. 첫째, 점막으로 감염되는 질병의 경우, 자연 감염이 다음의 감염을 막지 못할 수 있다. 따라서 백신은 처음 감염되는 바이러스보다 더 높은 면역성을 보유하거나 다음 감염 기간 중에 발생하는 질병을 완화할 수 있어야 한다. 둘째, 생백신의 경우 바이러스의 재결합 성향이 이들 백신을 쓸모없이 만들고 실제 감염에서 바이러스의 진화와 다양성을 올릴 가능성이 있다. 마지막으로 동물 코로나바이러스 질병에서 S단백질로서 백신 접종하는 경우 질병이 더 심해지는 현상을 보일 수 있다.

 현재 전 세계적으로 코로나바이러스 백신의 개발은 재유행의 부재 등으로 상업성이 없는 경우가 있다. 즉 2015년에 유행된 메르스 백신이 개발되었으나 효능을 증명할 기회가 없었다.

 새로운 형의 바이러스 유행 시에는 허가에 관여하는 기관들과 개발회사들의 협력이 필수적이다. 따라서 코로나19에 관한 각국의 연구들은 대부분 국립기관에 의하여 주도되고 있다. 필요한 각종 정보와 국내 유행 바이러스 주 등 시료들의 공유가 요구된다.

 코로나19가 중국의 우한에서 발생하였을 때, 중국은 신속하게 SARS-CoV-2의 유전 코드를 개방하였다. 이정보를 갖고서 세계 각국은 개발 기간을 단축하기 위하여 매진하고 있다. 따라서 SARS-CoV-2가 발생한 것이 알려진 2020년 1월 10일부터 이 바이러스의 확산을 저지하려는 목적의 백신 개발이 시작되었다.

 세계의 바이러스학자들은 백신 개발에 사용할 항원의 유전 구역을 결정하는 데에 있어 제공된 유전정보로부터큰 도움을 받고 있다. 또한 유행이 진전되면서 감염 바이러스의 변이과정을 알 수 있게 되었다.

 코로나19 백신을 전통적 방법 즉, 바이러스 입자 전체를 사용하거나 약독화시킨 백신을 개발하는 개발사들이 있다. 세계적인 바이오기업인 존슨존슨사 및 사노피제약사와 홍콩대학교가 공동개발하는 것으로 알려져 있다. 아단위백신 개발은 숙주의 ACE2수용체와의 도킹 부위를 차단하는 전략을 사용하고 있으며 주된 연구진은 호주의 퀸즈랜드학이다. S-스파이크(spike) 단백질에 관한 백신을 개발하기 위하여 이 부위를 합성하고 있다. 보다 쉽게 면역계에 항원을 제공하려는 시도들이 이루어지고 있다.

 이러한 방법의 참여 기업으로는 Novavax 사와 Clover Biopharma사가 있으며 이들은 기술 특허를 갖고 아단위 백신을 생산 중이다. 핵산 백신, 즉 DNA 백신 등을 개발하는 기업으로는 Novio팔마/ 북경Advaccine 바이오사및 Moderna사 등이 있다. 핵산 시험에 의한 백신들은 주요 문제점들을 해결하는 경우, 효율성에서 많은 이점을 갖고 있다.

 한편, 국내에서는 녹십자, SK바이오 등 10개 대형 회사들이 참가하고 있는 것으로 알려져 있다. 또한 케이알 바이오, 파이오포아 및 기타 다수 회사들이 동물코로나 백신 생산에 참여하거나 특이 벡터 기술을 갖고 있어 경쟁력을 갖추고 있다.

 코로나19백신의 일반인에 대한 사용은 정확한 예측이 어려우나 미국, 중국 등이 이미 임상 시험 1단계에 들어가서 1년~1.5년에 출시될 가능성이 있는 것으로 전망된다.

필자소개 :
서울대학교 자연대 이학사

피츠버그대 미생물과, MSc,

서울대 미생물학과 이학박사

국립보건원 명예연구원

동기관 에이즈센터장

강원대 의대 교수

대한바이러스학회장