코로나 팬데믹이 이룩한 백신기술 혁명

지난해 연말 기준 전 세계 코로나19 확진자는 6억 5천만명. 사망자는 664만명이나 된다. 그런데도 델타 변이바이러스가 다시 발생하면서 전 세계는 또 다시 코로나 19의 팬데믹에서 벗어나지 못하고 있다.

일부 생물학자들은 이를 자연의 보복이라고 규정하고 있다. 코로나19, 사스, HIV(후천성 면역결핍증), 에볼라 등이 모두 인수 감염병이다. 이들 전염병들은 동물에서 인간에게로 감염된 질환으로 야생동물들은 인간에게 전파되지 않은 많은 전염병을 아직도 많이 안고 있어 언제 또 다시 어떤 감염병이 나타날는지 모른다는 것이다. 야생동물들은 기상이변과 서식지 파괴로 멸종위기에 직면하고 있어 감염병이 확산될 위험성은 더욱 높아지고 있다는 것이다.

어떤 연구에서는 신종 인수공통감염병 발병으로 인한 인명 손실 관련 비용의 5%, 경제 손실의 10% 미만을 예방에 투자함으로써 인수 감염병의 위험을 절반으로 줄일 수 있다는 보고서를 내놓았다. 그래서 과감한 인수 감염병에 대한 투자가 이뤄져야 한다는 주장이다.

사실 코로나 19가 이룩한 가장 큰 공헌은 누가 무엇이라고 해도 새로운 백신기술을 개발했다는 사실이라고 할 수 있다.

코로나19 바이러스가 발병된 이후 스파이크 단백질을 이용한 획기적인 백신개발에 성공하여 세계 인류가 전염병을 극복할 수 있는 새로운 계기를 마련하였다. 즉 바이러스 주요 유전자 부분은 빼고, 스파이크 단백질만을 만들어 몸에 넣어주고 면역을 유도하는 방법으로 백신을 개발하였다.

더욱이 여기서 한발 더 나아간 기술로 스파이크 단백질 중, 바이러스의 수용체 결합 도메인(RBD), 즉 인간 세포와 직접 결합하는 스파이크 단백질의 일부분만 백신으로 제작하는 형태를 나노입자 백신이 개발되었다.

맞춤형 작은 조각으로 만들기 때문에 기존의 재조합백신에 비해 훨씬 더 높은 항체반응을 유도할 수 있으며 지금까지 개발된 백신중 가장 뛰어나 보관과 유통이 간편한다는 장점도 갖고 있다. 더욱이 이 기술개발을 주도하는 연구팀은 한국계 미국인 피터 김 교수이라는 사실이 우리들의 관심을 더욱 갖게 만든다.

백신에서 가장 핵심적인 기술은 병원체를 안전하게 만드는 일, 즉 ‘약독화’ 과정이라고 할 수 있다. 그래서 ‘처음부터 죽어있는 병원체를 쓰면 될 것 아니냐’라는 생각을 하게 되었는데 여기에서 한 걸음 더 나아가 ’후천성 면역‘을 활용하는 기술이 개발되었다.

즉 후천성 면역이란 ’우리 몸이 병원체의 형태를 기억하는 것’을 의미하며 이런 후천성 면역성을 활용하는 백신 개발이 성공하였다.

백신이란 지금까지 크게 생백신과 사백신으로 구분되었다. 사백신이란 죽은 바이러스를 활용하는 기술로 불활성화 백신이라고도 한다. 먼저 예방하고 싶은 질병의 원인이 되는 병원체, 즉 세균이나 바이러스를 찾아내 대량으로 배양하고, 그것을 열이나 방사선, 화학물질(폼알데하이드 등)로 불활성화시킨다. 그리고 죽고 난 세균이나 바이러스의 사체를 주사액에 섞어 백신으로 만든다. 물론 정확한 성분조정과 임상시험을 통해 효과를 극대화하면서도 부작용이 가장 적은 투약 정도를 알아내는 과정이 필요하다.

인류 최초의 불활성화 백신은 아마도 루이 파스퇴르가 개발한 ‘광견병 주사’라고 할 수 있다.

그 당시엔 전자현미경이 개발돼 있지 않아 광견병의 원인인 바이러스를 발견할 수 없었는데, 파스퇴르는 광견병에 걸린 토끼의 뇌를 석탄산(carbolic acid)으로 처리한 다음 백신으로 사용했다.

지금까지 사용되고 있는 불활성화 백신으로는 소아마비, 독감(인플루엔자) 백신도 불활성화 백신의 일종이며, 인플루엔자, 일본 뇌염, 광견병, A형간염, B형간염, 유행성출혈열 등 많은 바이러스 질환 백신을 이 방법으로 만든다.

세균 질환의 경우 백일해, 장티푸스, 콜레라, 폐렴 등이다. 병원체에 감염된 다음 발생하는 ‘독소’에 대해 면역을 갖는 것도 가능한데, 이를 톡소이 드 백신이라고 하며 대부분 불활성화 백신 형태로 만든다.

불활성화 백신의 가장 큰 단점도 ‘안전성’이 꼽히는 경우가 많다. 그런데, 이는 성분이 복잡해지기 때문에 생기는 부작용 때문이다. 파스퇴르의 사례를 보면, 토끼 뇌에 들어 있는 수없이 많은 성분이 그대로 사람의 몸속에서 항원으로 작용했으니 광견병 병원체 자체에 대한 반응은 매우 낮았을 수밖에 없다 현대에 이런 방법을 사용하지는 않지만, 사백신의 경우 이런 단점에서 완전히 자유로울 수 없다.

약독화 백신의 경우 살아있는 병원체 그 자체를 대상으로 면역반응이 일어난다. 이에 비해 불활성화 백신은 병원체 그 자체가 아니라 이미 죽은 병원체의 여러 ‘성분’을 대상으로 면역이 일어난다. 면역반응이 집중되지 않고 병원체를 유지하던 수많은 성분을 대상으로 생겨나기 때문에 막상 예방률은 떨어지는 경우가 있다. 드물게 불활성화 백신 제조 과정에서 일어나는 쇼크 중 ‘달걀 알레르기’가 원인인 경우도 있다.

병원체를 배양하는 과정에서 달걀을 사용하기도 하는데, 바이러스의 경우 살아있는 세포(숙주)가 필요하기 때문이다. 이런 문제 때문에 최근엔 세포배양 기술을 이용하는 방법도 쓰인다. 세포를 실험실에서 키우며 그 안에서 바이러스를 직접 배양하는 식으로 달걀을 이용하는 경우, 달걀 알레르기가 있는 사람이 드물게 쇼크 등을 일으키는 경우가 많다.

이번 코로나 백신에서는 병원체의 단백질 구조를 이용하는 단백 백신, 병원체의 다당류 구조를 이용하는 다당 백신으로 나눌 수 있다. 이를 다시 여러 종류의 백신이 만들어지고 있다. 단백 백신의 일종으로 병원체가 가진 독소를 항원으로 삼는 톡소이드(toxoid), 병원체의 일부 구조를 항원으로 삼는 아단위(subunit), 바이러스가 외부환경에 노출되면서 생기는 입자인 비리온(VIrion)을 이용하는 서브비리온(subvirion) 백신도 있다. 이 밖에 병원체의 다당류 구조를 이용하는 경우도 있다.

바이러스가 DNA를 복제하는 과정에 필요한 효소를 차단해 합성을 막는 방식으로 백신효과가 나타나느 것이다. 이 방식은 더 번식을 하지 못하게 하고 결국 몸속의 면역 시스템이 나서야 한다.

그것도 세포 속에 숨어 있는 바이러스만 골라서 죽일 수 없으니 ‘독성T세포’라는 면역세포가 나서 바이러스가 감염된 세포 자체를 죽이는 식으로 대응한다. 바이러스가 신경 등 중요 조직에 침범했을 경우, 치료 후에도 후유증을 자주 볼 수 있는 것은 이 때문이다.

한편 바이러스는 사람의 세포를 공장으로 사용하는 유전전달물질로, 크기가 너무 작고 사람의 세포 속에 숨어 있어서 죽이기가 쉽지 않다.

면역은 태어날 때부터 가지고 있는 기본적인 기능이다. 누구나 몸 바깥에서 병원체(항원)이 들어오면 자동으로 대응한다. 백혈구 등의 대식세포가 공격해 병원체를 공격하고, 이미 감염이 된 세포를 죽여 없애기도 한다. 열이 나고, 점액 등의 분비를 늘려 병원체가 씻겨 나가기 쉬운 환경을 만드는 반응도 면역의 일종이다.

이런 인체의 기본 기능으로 충분하지 않은 경우가 있는데, 이 경우 감염된 사람의 신체는 몸속에 들어왔던 병원체의 종류를 ‘기억세포’라는 특정 세포가 기억하고 있다가 인체 속 다양한 면역세포를 빠르게 생산해, 즉 항원(병원체)에 대응하는 항체를 만들어 효과적으로 대응한다. 기억세포는 짧게는 수년, 길게는 평생 살아남는다. 백신은 이런 인체 기능을 이용해 인위적으로 기억세포를 만들어 주기 위해 맞는 예방약인 셈이다.

그런데 감기나 그와 유사한 호흡기 바이러스 종류는 변이가 자주 일어난다. 특히 유전물질이 아닌, 유전전달물질(RNA)을 전달해 감염시키는 경우는 변이가 매우 빠르게 일어나는 편이다. 코로나19는 이런 바이러스로 많은 노력 끝에 정말 새로운 방식의 백신이 세상에 나오게 된 것이다.

발명왕 에디슨은 “필요는 발명의 어머니다”라고 했다. 정말 코로나 팬데믹으로 많은 사람들이 사망한 결과 스파이크 단백질을 이용한 획기적인 백신기술이 개발되었다. 이는 앞으로 예상되는 인수감염병을 극복해 나가는데 절대적으로 기여하게 될 것이다.