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최근 코로나 바이러스의 유행으로 백신 개발이 한창이다. 그런데 가장 코로나 바이러스에 먼저 임상에 진입한 기업은 모더나 (moderna)라는 미국의 비교적 작은 제약 회사이다. 또한 대형 제약사와 협약을 맺고 개발에 나선 큐어백, BioNTech 모두 mRNA 백신을 기반으로 치료제를 만드는 회사이다.
어떻게 모더나와 mRNA 백신은 빠르게 임상 진입에 성공할 수 있었을까?
모더나는 기존의 단백질 백신이 아닌, mRNA 백신을 이용해 신약을 개발하는 파이프라인을 가지고 있다. 그렇다면 mRNA 백신은 어째서 빠른 것일까?
백신은 수많은 질병에서 부터 인류를 보호하고 지켜 왔다. 백신을 이해하기 위해선 면역을 이해 해야 한다. 인간의 면역체계는 선천성 면역 (innate immune response)과 후천성 면역(adaptive immune response)이 있다. 선천성 면역은 처음부터 타고나는 면역 작용이고, 후천성 면역은 특정 항원에 노출이 되었을 때, 그 항원에 대한 기억을 통해 면역력이 더 증가되는 방식의 기억 면역이다. 백신은 이러한 후천성 면역 작용을 이용한 질병 예방 법으로, 특정 바이러스에 해당되는 단백질 항원을 주입시켜, 그에 대한 면역력을 증가시키는 작용 기작을 이용한 치료제이다.
mRNA는 단백질이 생성되기 위한 코드를 가지고 있는 유전체라고 생각하면 된다. 모든 단백질은 DNA -> mRNA -> 단백질의 과정을 통해 생성된다. 모더나는 단백질 항원 대신, 항원이 되기 위한 단백질 코드를 가지고 있는 mRNA를 적용한 것이다.
mRNA 백신의 장점은 무엇일까?
첫째, 안정성이다. 이는 DNA 백신과 비교했을 때의 장점으로, DNA는 인체 유전체에 삽입 될 위험이 있는 반면 mRNA 백신은 없다. 또한 mRNA는 반감기를 가지고 있어, 세포 대사 과정에서 분해된다. 둘째, 새로운 염기서열(sequence) 도입이 쉽다. 단백질은 새로운 구조의 단백질을 만들기 위해서는 완전히 새로운 공정방식을 도입해야 한다. 반면 염기서열을 바꾸는 것은 간단한 합성을 통해 할 수 있다. 셋째, 생산의 편리성이다. 단백질의 공정은 매우 까다롭다. 온도에 따른 변성도 신경 써야 되고, 세포양 대비 생산 단가가 많이 높다. 하지만 mRNA는 시험관 내 전사 반응을 통해 수확량이 굉장히 높다. 이러한 이유로 코로나와 같은 새로운 바이러스에 대한 백신의 생산을 빠르게 진행 할 수 있었던 것이다.
그렇다면 mRNA 백신이 상용화 되지 못했던 이유, 더 발전해야 할 부분은 무엇일까?
첫째, 전달체가 개발되어야 한다. mRNA가 혈액을 타고 들어가서 단백질로 발현 될 때까지 생존해야 한다. 이를 약물화하여 주입할 전달체가 있어야 한다. 둘째, 단백질로의 발현이 잘 되어야 한다. mRNA는 항체 단백질의 전구체라고 했다. 인체 내에서 단백질로 발현이 잘 되지 않는다면 백신으로서 사용할 수 없다. 셋째, 면역원성이 없어야한다. 인체내에서 원래 있던 서열이 아니니 인체의 면역반응이 일어날 수 있다. 이러한 면역반응을 일으키지 않는 구조를 가져야 한다. 모더나가 임상을 진입한 것은 이 세가지 단점을 어느정도 극복했기 때문이 아닌가로 생각된다.
앞으로 더 기술이 발전된다면, 단백질 의약품이 모두 mRNA 의약품으로 변화할 지도 모르겠다.
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