[기획 특집] 우리는 왜 mRNA 암백신을 기대할까? ③ 핵산 백신의 종류

<글 싣는 순서>

①백신의 역사와 원리
②백신의 종류
③핵산 백신의 종류
④mRNA 백신이란
⑤암 백신이란
⑥미래 백신에 대한 전망

백신에는 사백신(inactivated vaccine), 약독화/생백신(attenuated vaccine), 톡소이드 백신(toxoid vaccine), 이종 백신(heterotypic vaccine), 아단위 백신(subunit vaccine), 재조합 백신 (recombinant vaccine), 치료용 백신 (therapeutic vaccine), 핵산 백신 (nucleic acid vaccine)으로 종류를 나눌 수 있다.

특히 의학계에서 주목하는 핵산 백신은 특정 항원 혹은 항원 결정 부위를 암호화하는 핵산을 주입하는 백신으로, mRNA 백신, DNA 백신, 바이러스 백신이 있다.

(1) mRNA 백신 (messenger RNA vaccine): mRNA 백신의 경우 mRNA를 지질나노입자 (lipid nanoparticle, LNP)로 둘러쌓아서 이를 근육주사한다. 이렇게 되면 우리 몸의 세포는 mRNA가 암호화하는 항원 단백질을 생산하게 된다. 이로 인해 우리 몸은 면역 기억 작용을 통해 항원 더 나아가 병원체에 대해 면역력을 획득할 수 있게 된다. mRNA는 지질나노입자에서 분리되고 나면 우리 몸에서 비교적 빠르게 분해되기 때문에 mRNA에 암호화된 항원단백질은 일시적으로만 생산되고, 안정성이 높은 것으로 평가된다. RNA 백신을 개발하는 데에는 RNA 안정성의 증대, 투입된 RNA에 대한 세포 내 선천면역반응의 극복 등을 위한 기술이 필요하다. 화이자 & 바이오엔테크 (Pfizer & BioNTech)에서 개발한 코미나티주 (Comirnaty Inj., 통칭 화이자 백신), 모더나 (Moderna) 에서 개발한 mRNA-1273 (통칭 모더나 백신) 등이 COVID-19에 대한 mRNA 백신이다.

(2) DNA 백신 (DNA vaccine) : DNA 백신은 항원단백질을 암호화하는 DNA를 플라스미드의 형태로 우리 몸에 주입하여 우리 몸이 항원 단백질에 대한 면역력을 갖게 해주는 백신이다. DNA는 mRNA와 달리 구조가 비교적 안정하기에 우리 몸에서 잘 분해되지않으며 그로 인해 DNA에 암호화된 항원 단백질이 꾸준히 생산될 수 있다. DNA 백신을 개발하는 데에는 이의 세포 핵내로의 전달 기술, 사람 세포에서 낮은 전사 효율을 증대시키는 기술, mRNA에 비해 훨씬 많은 양의 DNA를 접종해야 하는 문제 등이 있으며, DNA가 세포에 삽입되면서 다른 예기치 못한 부작용이 나타날 수도 있다.

(3) 바이러스 백신 (virus vaccine): 바이러스 백신은 항원 단백질을 암호화하는 DNA를 바이러스라는 전달체를 통해서 우리 몸에 전달하는 방식을 사용한다. 우리 몸이 면역력을 획득함에 있어서 DNA 백신과 그 원리가 유사하다. 단점으로는 이 백신을 주입 받으면, 우리 몸이 항원 단백질뿐만 아니라 바이러스 전달체에 대한 면역력도 획득하기 때문에 같은 바이러스 전달체를 활용한 다른 항원 단백질을 사용하는 백신에 대해 효과를 장담할 수 없다. COVID-19 백신으로 존슨앤드존슨 (Johnson and Johnson) 산하의 얀센 파마슈티카 (Janssen Pharmaceutica)에서 개발한 Ad26.COV2-S (통칭 얀센 백신)은 인간 아데노바이러스 (Adenovirus)를 바이러스 전달체로 사용했다. 영국 옥스퍼드 대학교 (Oxford University)와 아스트라제네카 (Astrazeneca)서 공동개발한 AZD1222 (통칭 아스트라제네카 백신)은 침팬지의 아데노바이러스를 전달체로 사용하였다.

mRNA 백신이 주목받는 이유

‘알기 쉬운 백신 이야기’의 저자 전승민 과학기술전문저술가의 설명에 따르면, “mRNA를 흔히 메신저RNA, 혹은 전령RNA라고 하는데, 말 그대로 DNA가 가진 유전정보를 다른 곳에 옮겨주는 일을 한다. 즉 DNA가 설계자라면, mRNA는 공장에 보내주는, 설계도면을 담은 명령서인 셈”이다.

mRNA 백신이나 DNA 백신, 바이러스 백신이 비슷해보이지만 전승민 저자에 의하면 “DNA 백신은 우리 몸에 주입한 DNA가 세포핵에 자리를 잡는 과정, 즉 ‘형질주입’과정을 거쳐, 세포핵이 필요한 mRNA를 생산하도록 하는 과정이 필요하다. 즉 두 가지 방법 모두 mRNA가 필요한데, DNA 방식은 mRNA 조차 세포핵에서 생산되도록 만드는 반면, 화이자나 모더나에서 사용한 백신은 mRNA를 직접 몸 속으로 넣는다는 차이가 있다. DNA 방식은 이 단계에서 효율이 다소 떨어진다는 지적이 나온다”는 차이가 있다.

부작용 측면에서 볼 때, “DNA 백신은 우리 몸속 세포핵에 다른 유전자 형질을 주입하기 때문에 이 과정에서 부작용 우려가 생긴다. mRNA는 이와 달리 우리 몸속 DNA를 일절 손대지 않는다. 백신으로 주입된 mRNA가 세포핵 밖의 명령을 전달할 뿐이다. 스파이크 단백질 생성이 끝난 다음에는 세포가 mRNA를 제거해 버리기 때문에, mRNA가 사람의 유전정보를 바꿀 수는 없으며, 이 과정에서 생겨나는 부작용은 상대적으로 적다”는 장점이 있다.

그러나 약물에 의해 알레르기 반응이 일어날 가능성에 대해서는 mRNA 백신이 더 불리하다고 본다. 전승민 저자는 “RNA는 구조가 매우 취약 주위 환경에 따라 가지고 있는 정보가 흐트러질 우려가 있다. 스파이크 단백질을 생산하라고 보낸 mRNA 중 일부는 망가진 설계도를 담고 있을 우려가 있다는 뜻"이다.

mRNA는 중간에 유전정보가 일부 헝클어져도 이를 자체적으로 복구할 능력을 갖추고 있지 않다. 만일 이렇게 세포 속에서 잘못 생산된 단백질이 문제를 일으키면 부작용을 겪게 된다.

전승민 저자는 "이 문제를 막기 위해 mRNA를 우리 몸 속에 넣기 전에 ‘지질나노입자(LNP)’로 감싸야 하는데, 도리어 이 물질에 알레르기 반응을 나타내는 경우도 있다"고 했다.

실제로 화이자나 모더나는 LNP 중에서도 PEG(폴리에틸렌글라이콜)이라는 성분을 사용하는 것으로 알려져 있으며, 이 물질에 대한 알레르기가 보고된 바 있다.

그럼에도 불구하고 현재 의학계에서는 mRNA백신이 환자별 맞춤형 항원을 개별화한 항암 백신을 만들어낼 수 있다는 것에  기대를 걸고 있다. 또한 신·변종 감염병에 신속 대응이 가능한 백신으로 평가받고 있어 정부에서도  이를 위해 적극적으로 지원하고 있다.