10월 21일(현지 시각), 미국 질병 통제예방센터(CDC)가 대다수 미국 인구의 코로나19 백신 부스터샷 접종을 허용했다. 수요가 매우 높아 1,000만여 명이 백신 추가 접종 승인과 함께 조금이라도 안전성을 더 강화하려는 시도이다. 그리고 이틀 후, 영국 정부는 안전성이 더 줄어들었다고 느낄 만한 사실을 발표했다. 영국 정부는 이미 영국 전체 감염 건수 중 6%를 차지하면서 전염성이 높은 델타 바이러스보다 더 전염성이 더 심각한 새로운 변이바이러스인 델타 플러스(Delta-plus) 긴급 상황을 공식 발표했다.
코로나바이러스를 둘러싸고 끊임없이 발생하는 위험한 상황은 달갑지 않은 전 세계 대유행병이라는 상황이 더 나아지는 듯하다가 바이러스 확산 상황이 더 심각해지는 등 계속 급변하였다. 바이러스 확산세 감소와 재확산이라는 상황이 계속 반복되는 일은 매우 지친다. 이 때문에 코로나바이러스 연구를 진행 중인 과학계에서는 바이러스 감염 확산과 감소가 반복되는 상황을 멈출 수 있다면 어떨지 의문을 제기하게 되었다.
지난 6개월간 발표된 각종 논문과 논문 게재 예고글을 통해 여러 연구팀이 모든 변이바이러스의 면역력까지 갖출 수 있는 ‘통합 코로나바이러스 백신’을 제안한다. 기존 백신으로는 현재의 SARS-CoV-2에서 발생한 모든 변이바이러스 면역력을 형성할 수 없으며, 미래에 등장할 수 있는 다른 코로나바이러스의 변종이 새로운 대유행병의 원인이 될 수 있다는 사실을 의미한다.
통합 코로나바이러스 백신 개발은 매우 복잡한 프로젝트이며, 개발 목표를 달성한 연구팀은 없다. 통합 백신은 어떤 바이러스든 반복하여 확산되는 바이러스를 상대로 면역력을 형성하며, 유전 변이성을 지닌 전염병(특히 인플루엔자) 모두 지난 몇 년간 성공적으로 퇴치하지 못했다. 그러나 연구팀은 여러 코로나바이러스 중 하나를 대상으로 면역력을 형성하는 데 성공하리라 예상한다. 다른 독감 발병 원인이 되는 여러 바이러스보다 상대적으로 복잡하지 않은 바이러스의 유전적 특성과 다른 코로나바이러스 대유행병의 위협이 현실이라는 불편한 사실 때문이다.
어찌 됐든 SARS-CoV-2는 2003년 중증급성호흡기증후군(SARS)과 2012년 중동호흡기증후군(MERS)에 이어 20년 만에 인간의 질병 발병의 주된 요인이 되었다. 그동안의 역학 기록은 20세기, 그리고 19세기에 코로나바이러스 감염 대유행이 발생한 사실을 입증하며, 1,000년에 걸쳐 똑같은 상황이 발생할 수도 있음을 시사한다. 또, 박쥐와 야생동물, 가축 등이 보유했으나 확인되지 않은 코로나바이러스 수천 가지가 여러 종에 걸쳐 전염되어 널리 심각한 위험을 촉발할 수도 있다.
노스웨스턴대학교 바이러스 면역학자이자 부교수이자 통합 백신의 접근방식을 설명한 여러 편의 논문 제1 저자이기도 한 파블로 페나로자 맥마스터(Pablo Penaloza-MacMaster)는 “현재의 대유행병은 인류 역사상 처음 겪는 코로나바이러스 전염병이 아니다. 또, 이번 코로나바이러스 대유행병이 마지막이 되지도 않을 것이다. 불과 20년도 되지 않아 인류는 전 세계적 대유행병으로 확산될 위험성이 있는 코로나바이러스 3종을 발견했다. 인류는 다음 대유행병에 대비하고자 하며, 통합 백신 개발이 바로 그 방법이다”라고 설명했다.
연구팀만 통합 백신 개발이 시급하다고 느끼는 것이 아니다. 2021년 3월, 가치 있는 프로젝트에 정부 자금과 기부금을 지원하는 공공 부문과 민간 부문의 협력이 이루어지는 비영리 단체인 전염병 대비 혁신 연합(CEPI)은 통합 코로나바이러스 백신 연구에 최대 2억 달러를 지원할 것이라고 발표했다.
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그러나 통합 코로나바이러스 백신 개발에 한 가지 큰 어려움이 있다. 다양한 유형의 바이러스와 변이바이러스, 신규 바이러스 등으로부터 보호하기 위해 연구팀은 모든 바이러스의 공통점과 인간의 면역 체계 반응을 모두 알아내야 한다. 그리고, 찾아낸 바이러스의 공통점을 백신에 반영해야 한다. 일례로, 플루 확산세를 살펴보면, 모든 변이바이러스는 폐 세포의 수용기를 결합하는 바이러스 표면에 존재하는 망치 모양의 단백질인 혈구응집소의 사소한 특성 변화를 반영한다. 혈구응집소는 모두 다르므로 통합 플루 백신을 찾는 과정은 단백질의 머리 부분부터 핸들 형태, 변화가 적은 줄기 부분까지 면역 체계의 주목할 부분을 재지정하는 데 중점을 두어야 한다. 또, 과학계는 단백질 형태의 다양성을 기준으로 플루 바이러스를 세분화하기도 한다.
통합 바이러스 연구는 목표를 완벽하게 거두지 못한 채로 지난 수십 년간 유망한 연구로 남았다. 첫 번째 통합 플루 백신은 2018년에 임상 3상을 시작했으나 2년 뒤 실패했다. 지금은 몇 가지 대체 공식을 이용한 백신을 두고 임상시험을 진행 중이다.
코로나바이러스는 플루 바이러스보다는 다양한 것은 아니지만, 여러 형태로 변할 수 있다. 일례로, 초기 SARS 바이러스와 코로나19를 유발한 변이바이러스의 게놈은 80%가 똑같다. 그러나 코로나19 발병 원인이 된 바이러스는 MERS를 유발한 바이러스의 게놈과 50%만 일치하다.
코로나바이러스의 여러 변종이 ‘알파(alpha)’와 ‘베타(beta)’, ‘감마(gamma)’, ‘델타(delta)’라는 4가지 그룹이나 속으로 구성됐으며, 그 안에 다양한 하위 그룹이 있다. 알파와 베타는 인간을 공격하는 바이러스가, 감마와 베타는 주로 동물의 체내에 확산되는 특성이 있다. 인간에게 영향을 미치는 바이러스 집단 중, 알파는 주로 일반 독감 바이러스를 구성한다. 일반 독감도 과거에는 코로나19와 같은 대유행병을 유발하는 바이러스였다. 베타 바이러스는 주로 중증 질환의 원인이 된다. 또, 베타 바이러스는 SARS 1과 SARS 2와 같은 살베코바이러스(sarbecovirus)와 MERS와 같은 멜베코바이러스(merbecovirus), 감기 증상을 동반하는 엠베코바이러스(embecovirus) 등 하위 분류 바이러스로 살펴볼 수 있다.
노스캐롤라이나대학교 박사후 연구원이자 바이러스 면역학자인 데이비드 마르티네즈(David Martinez) 박사는 “2003년 확산된 SARS 바이러스와 SARS-CoV-2 변이바이러스가 포함된 살베코바이러스 하속은 통합 백신으로 상대적으로 쉽게 퇴치할 수 있다고 본다. 그리고, 통합 백신 적용 범위를 MERS 코로나바이러스 등으로 확대한다면, 보호가 더 어려울 것이다. 백신의 MERS 방어 방법은 SARS, SARS 2 방어 방법과 훨씬 더 큰 차이가 있기 때문이다”라고 말했다.
마르티네즈 박사는 2021년 6월, 노스캐롤라이나대학교와 듀크대학교, 펜실베이니아대학교 소속 연구원으로 구성된 합동 연구팀이 사이언스(Science)에 게재한 논문의 제1 저자이다. 마르티네즈 박사 연구팀은 키메라 mRNA 백신 개발 연구 논문을 게재했다. 연구팀이 제시한 키메라 mRNA 백신은 SARS-CoV-2 등 다양한 코로나바이러스의 돌기 단백질을 조금씩 모아서 실험용 쥐를 통해 키메라 mRNA 백신 제조 공식이 여러 변이바이러스 전반에 걸쳐 포괄적인 보호 능력을 형성할 수 있다는 사실을 입증했다.
다른 여러 연구팀도 바이러스의 한 부분인 다양한 스파이크의 하부단위를 결합해 면역 반응을 강화하고자 하는 광범위한 접근방식을 따른다. 스파이크는 바이러스를 묶고, 인간 세포로 들어가 바이러스 재생성 과정을 막는다. 2021년 5월, 과거 HIV 백신을 연구한 듀크대학교 연구팀은 나노 입자를 변형하고는 스파이크 단백질의 구성요소이기도 한 코로나19 바이러스의 수용체 결합 영역을 여러 개 복제했다. 연구팀은 네이처(Nature) 연구 논문을 통해 영장류에 접종한 결합 입자가 SARS-CoV-2와 일부 변이바이러스, SARS 바이러스, 박쥐 코로나바이러스 등으로부터 면역 반응을 형성한다는 사실을 입증했다.
2021년 9월, 미국 월터 리드 육군연구소 소속 과학자 팀이 이끈 다양한 기관 소속 전문가로 구성된 연구팀도 듀크대학교 연구팀과 비슷한 방식으로 나노입자 접근방식을 연구하고 영장류로 실험한 논문을 게재했다. 월터 리드 육군연구소 연구팀이 개발한 백신은 통합 코로나바이러스 접근방식의 최초 인간 실험이 될 임상 1상을 진행 준비 단계로 접어들 예정이다. 즉, 이번 실험은 백신의 효과가 아닌 안전성만 확인할 소규모 실험이라는 의미이다.
통합 플루 백신 개발 시도와 함께 코로나바이러스 백신 개발을 추진하던 여러 연구팀이 변이바이러스 종류마다 다른 바이러스의 면역성이 가장 강력한 요소 선택과 특성이 가장 비슷하지만 강력한 면역 반응을 자극하지 않는 요소 선택 간 균형을 맞추는 데 어려움을 겪고 있다.
듀크대학교 인간 백신 연구소(Human Vaccine Institute) 소장이자 전문의의 바튼 헤인스(Barton Haynes) 교수는 “살베코바이러스의 특성은 매우 쉽게 이해할 수 있다. 바이러스 구조와 아미노산이 수용체 결합 영역에서 변환되기 때문이다”라고 말했다. 인간 백신 연구소 연구 총괄인 케빈 선더스(Kevin Saunders)와 함께 네이처에 게재된 논문의 공동 저자이기도 한 헤인스 교수는 “MERS와 같은 바이러스와 다른 바이러스 사이에서는 아미노산 전환이 덜 이루어진다”라고 설명했다.
헤인스 교수는 미래에 택할 한 가지 접근방식으로 여러 가지 요소를 만들어내 각각 변이바이러스의 특정 그룹이나 하위 그룹 퇴치를 목표로 삼고는 다가염색체를 보유한 종합 코로나바이러스 백신에 결합하는 방식을 제안했다. 또 다른 접근방식은 2021년 9월, 페나로자 맥마스터 교수가 이끈 연구팀이 게재한 논문으로 살펴볼 수 있다. 페나로자 맥마스터 교수 연구팀은 바이러스의 모든 부분에 존재하는 스파이크 단백질과 뉴클레오캡시드 단백질을 모두 포함한 백신을 개발하는 것이다. 이 외에도 전체 코로나바이러스 종류와 비슷한 것으로 확인된 퓨전 펩타이드(fusion peptide)를 포함한 스파이크 단백질의 다른 부분을 포함한 백신 연구도 진행 중이다.
지금까지 진행된 대다수 통합 백신 개발 노력은 개념 증명 단계에 있다. 가능성이 있지만, 여전히 더 나아가야 할 부분이 있다. 소수 연구팀은 돼지나 영장류 실험을 진행했으나 실험 쥐 연구 단계로 나아간 사례는 거의 없다. 페나로자 맥마스터 교수가 게재한 논문의 공동 저자인 일리노이즈대학교 시카고 캠퍼스의 바이러스 면역학자이자 부교수인 저스틴 리치너(Justin Richner)는 “쥐는 연구실 단계의 초기 연구를 위한 훌륭한 모델이다. 실험 쥐 연구 비용은 그리 비싸지도 않고 실제로 연구 과정의 진전을 이룰 수 있다. 그러나 통합 백신 개발 연구는 인간 질병을 설명할 수 있는 모델로 진행해야 한다”라고 말했다.
인간이 접종할 신규 백신 배포에 더 가까워지기 위해 연구팀은 현재의 코로나 백신에 대한 부스터샷 접종 관련 논쟁의 일부 의문 사항에 맞설 필요가 있다. 그 예시로 백신 접종의 목표가 모든 감염성 질환과 전염병 예방인지 아니면, 중증 질환 및 사망 예방인지 확실한 답변을 제시하는 것을 이야기할 수 있다. 또, 어떤 유형의 코로나바이러스가 다음에 위협 요소로 급부상할 것인지 예측하고는 백신의 보호 능력이 바이러스 확산을 막는 데 도움이 될 것인지 판단해야 한다. 그리고, 마지막으로 정치인과 투자자의 지원을 받아 몇 년간 제품 보급을 이루지 못할 수도 있는 기초과학 연구를 이어가야 한다.
리치너 교수는 “전 세계에 존재하는 동물 호흡기 바이러스 종류는 무수히 많으며, 그중 일부는 인간에게 전염돼 대규모 급속도 질병 확산을 유발할 수 있다. 따라서 다양한 호흡기 바이러스를 퇴치할 의학적 조치 개발에 대한 관심이 새로이 증가했다. 9월 11일 이후 생물테러리즘과 급격히 확산되는 모든 바이러스 퇴치 노력 개발이 대대적으로 추진되었다. 그러나 많은 부문에 자금 투자가 재개되지 않았다”라고 말했다.
현재의 대유행병에 지친 정치인과 대중이 다음 위협 직면 위험성이나 위협 발생 가능성을 상상하려는 위험성을 감수할 의사 여부가 통합 백신 개발 관련 의문 사항이 될 것이다.
** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)
![[사진=Unsplash]](/news/photo/202111/3526_4636_3017.jpg)
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