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‘원샷올킬’ 범용 독감백신 개발에 한걸음 다가서다[미리안 브리핑]

매년 겨울철이 다가오면 새로운 인플루엔자 백신의 접종이 이루어진다. 이렇게 매년 새로운 백신이 접종되는 이유는 매년 새로운 변종 인플루엔자가 발생하기 때문이다.

때문에 WHO를 포함하여 전세계의 여러 보건 기관들은 매년 어떤 변종 인플루엔자 바이러스가 유행할지를 분석하여 해당 변종에 대한 백신을 생산하도록 권고하고 있다. 그러나 모든 변종들이 작용하는 범용(universal) 인플루엔자 백신이 개발된다면 보다 신속하고 광범위한 보호 효과를 낼 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이번에 스탠포드대학의 연구팀이 범용 인플루엔자 백신 개발을 위한 주요 연구결과를 ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ 최신호에 발표했다.

이번 연구 결과는 인플루엔자 바이러스 표면의 핵심 단백질의 구조에 대한 이해에서 시작되었다. 인플루엔자 바이러스는 여러 다양한 단백질들로 구성되어 있다. 바이러스의 표면에서 특히 돌출된 단백질은 헤마글루틴닌(Hemagglutinin: HA)이다.

인플루엔자 바이러스 표면에 수백 개나 삐져나와 있는 이 단백질은 버섯과 비슷하게 머리와 줄기의 형태를 갖추고 있다. HA의 머리 부위는 인플루엔자 바이러스 변종의 발병력을 결정하는데 도움을 준다고 한다. 현재의 인플루엔자 백신은 HA 단백질의 머리를 포함하는 불활성화 바이러스에 기반하고 있다.

인플루엔자 백신이 주사를 통하여 우리의 혈류로 유입되면 면역계가 HA의 머리를 표적으로 인식하는 항체를 생성시켜서 이후 발생할 감염에 저항성을 갖추게 된다. 이처럼 면역계가 표적을 인식시키는 것이 백신에 의한 면역능 생성의 핵심이다.

그러나 연구팀은 인플루엔자 바이러스의 HA 머리가 매년 바뀐다는 점 때문에 항상 동일한 HA 줄기를 표적으로 삼게 만드는 새로운 백신을 연구하게 되었다고 한다. 이론적으로 HA 줄기에 기반한 백신은 여러 다양한 변종 인플루엔자 바이러스에 광범위한 보호 효과를 낼 수 있다고 한다.

더하여 HA 줄기는 오랫동안 변화가 거의 없으므로 백신을 한 번 투여하면 우리의 면역계의 산물이 항체가 수십 년간 보호 효과를 낼 수도 있다고 한다. 그러나 이러한 방식은 아직은 실험 단계이면 아직까지 사람들을 대상으로 시험된 적이 없었다.

이번 스탠포드대학 연구팀의 논문은 이러한 범용 인플루엔자 백신 개발의 첫 번째 단계에 초점을 맞추고 있다. 이번 연구는 HA의 줄기 분획을 만들어서 혈류에 주사함으로써 우리의 면역계의 주의를 끌고 효과적인 방어 기구가 형성되는지를 확인하는 것을 목표로 하고 있다.

이번 연구는 1918년에 대유행하였고, 2009년에 다시 발생했던 H1N1 인플루엔자 바이러스의 HA의 구조 정보의 해독에서 시작되었다. 우선 연구팀은 HA 단백질의 머리와 줄기를 포함하여 전체 DNA 배열의 해독을 시작했다고 한다. 이어서 연구팀은 HA의 머리를 구성하는 DNA 배열을 제거하고 줄기에 대한 DNA 만을 편집했다고 한다.

연구팀은 무세포 단백질 합성(cell free protein synthesis: CFPS)이라는 새로운 기술을 이용하여 HA의 줄기 분획만을 제조하였다고 한다. CFPS가 어떻게 작용하는가를 이해하기 위해서는 자연계에서 단백질이 어떻게 만들어지는가를 볼 필요가 있다. 세포의 내부에는 RNA 중합효소(polymerase)와 리보솜(ribosome)이라는 분자 기구가 존재한다.

이들 효소들은 DNA를 읽고, 그 정보에 기초하여 단백질을 생산하게 된다. 한편 CFPS의 경우에는 세균 세포를 파열시켜서 리보솜을 다량 함유하고 있는 단백질 생산 공장을 만들게 된다. 과학자들은 이 단백질 생산 공장에 DNA의 유전정보를 직접 전달하는 방법을 알고 있다고 한다. CFPS의 장점은 자연계에서 수주나 수개월이 소요되는 인플루엔자 백신용 단백질의 생산을 몇 시간 만에 완료한다는 것에 있다.

결국 스탠포드대학의 연구팀은 CFPS를 이용하여 백신의 항원으로 이용된 HA 줄기 분획을 생산했다. 이때 연구팀은 2가지 근본적인 문제도 해결했다고 한다. 첫 번째로 CFPS는 단량체(monomer)라는 단일 가닥의 단백질을 생산한다. 그러나 HA 줄기는 동일한 단량체 3개가 함께 결합한 삼량체(trimer)로 구성되어 있다. 두 번째로 유전공학으로 제조된 항원들은 잘 녹지 않는다.

다른 말로 액체 형태의 백신을 만들기 어렵다는 것이다. 연구팀은 수십 번의 시험을 반복하여 단량체를 수용성 삼량체로 만드는데 성공했다. 단백질은 아미노산을 구성 단위로 하고 있다. HA 줄기의 특정 아미노산을 변화시킴으로써 리보솜 공장에서 액체 형태의 백신에 이용 가능한 수용성 삼량체가 얻어지게 되었다고 한다.

말로는 간단하지만 CFPS를 이용하여 항원으로 이용할만한 최종 산물을 얻기까지 약 2년의 시간이 소요되었다고 한다. 연구를 주도한 James R. Swartz 교수는 “매우 어려웠던 과정이었다. 많은 연구실에서 HA 줄기 백신 개발을 시도하고 있기 때문에 이번 결과가 그들에게 도움이 될 것”이라고 설명했다.

그러나 HA 줄기 분획을 인플루엔자 백신으로 이용하기 위해서는 과학계에서 더 많은 연구가 진행될 필요가 있다. 다음 단계로 연구팀은 HA 줄기 분획을 바이러스 유사 입자에 부착시킨다고 한다. 이것으로 HA 줄기 분획이 면역 반응을 더욱 강하고 오랫동안 지속시키는 표적이 될 수 있을 것으로 기대된다고 한다.

여기서 효과가 입증된다면 새로운 백신은 동물을 대상으로 안전성과 유효성 시험을 거친 후에 사람을 대상으로 하는 임상 시험이 실시되게 된다. 현재 매년 전세계의 25만 명에서 50만 명의 사람들이 인플루엔자 관련 증상으로 사망한다고 한다.

Swartz 교수는 “이번 연구는 전세계 보건을 위한 중요한 프로젝트”라고 밝혔다. 그는 인플루엔자 백신이 여러 변종에 대해서 광범위한 효과를 낼 뿐만 아니라 많은 지역에 보급되기 위해서는 저렴하게 생산되어야 한다고 지적했다. 이러한 점에서 자신들의 연구가 큰 의미가 있다고 한다.

접종 http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-12/ssoe-srt121613.php


[알립니다] 이 기사는  한국과학기술정보연구원(KISTI)이 운영하는 미래기술정보 포털 미리안(http://mirian.kisti.re.kr)에 게재된 글을 전재한 것입니다. 본지는 KISTI와 미리안 홈페이지 내 GTB(Global Trends Briefing 글로벌동향브리핑) 컨텐츠 이용에 관한 계약을 맺었습니다.

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