1년 전즈음부터 시작한 코비드19가 겨울이 되며 다시 폭증하고 있다. 2020년 12월 13일 현재 대한민국의 코로나 일일 확진자는 1000명이 넘을 정도로 무서운 기세를 떨치고 있고, 전 세계가 코비드19에 고통받고 있다.
지난 1년간 생물학, 의학을 연구들은 코비드19에 몰려 있었다고 해도 전혀 과장이 아닐 것이다. 수많은 저널들이 코비드 연구를 우선순위로 올려주고, 수많은 분야의 수많은 사람들이 셀 수 없을 코비드 연구를 했다.
그렇다면 우리는 지금 어디쯤 있는 것일까. 세계 최고 의학 저널인 New England Journal of Medicine에 올라온 Pfizer사의 백신 논문과 그 Editorial을 읽어보았다.
Basic Virology of SARS-Cov-2
먼저 용어 정리가 필요하다. COVID19와 SARS-Cov-2는 엄연히 다른 대상을 지칭하는 말이다. COVID19는 Coronavirus disease 2019의 약자로, 코로나바이러스에 의해 감염되는 증상, 질환, 일련의 상황을 이야기한다. 반면에 SARS-Cov-2는 Severe Acute Respiratory Syndrome caused by Coronavirus 2의 약자로 우리 말로 번역하면 코로나바이러스 2에 의해 유발되는 중증 급성 호흡기 증후군정도가 된다. 이 SARS-Cov-2의 간단한 바이러스학적 특성을 알아보면 다음과 같다.
먼저 이 바이러스는 어떻게 우리 몸에 침투하는 것일까? 바이러스가 체내로 들어오게 되면, 증식을 위해서 우리 몸을 숙주로 세포 내로 들어오는 과정이 필요한데, 이 때 보통의 경우 바이러스의 표면에 있는 단백질이 결합하기에 좋은 우리 몸의 세포의 구조에 부착하여 몸 속으로 침투하게 된다. SARS-Cov-2의 경우에는 이것이 ACE2R이라는 단백질이다. ACE2R은 Angiotensin Converting Enzyme 2 Receptor (안지오텐신 변환 효소 2 수용체)라는 긴 이름의 약자인데 간단하게만 말하자면 우리 몸의 혈압과 아주 밀접한 연관이 있는 녀석이라고 생각하시면 된다.(그렇다고 SARS-Cov-2가 혈압에 직접적으로 영향을 미치는 것은 아니다.) 그리고 이 ACE2R은 신체의 전반에 걸쳐 발현이 되어 있다. 각설하고, SARS-Cov-2는 바이러스 표면에 있는 단백질(이를 surface spiking protein이라고 부른다.)이 이 ACE2R에 붙기에 좋은 구조를 갖고 있어서 이를 통해 세포막과 결합(fusion)하여 세포내로 들어오게 되는 것이다.
Vaccine Strategies for SARS-Cov-2
따라서 최초의 백신 개발, 특히 SARS-Cov-1와 MERS(Middle East Respiratory Syndrome; 중동호흡기증후군)의 교훈으로부터 인류는 이 surface spiking protein을 target하여 백신 혹은 치료제를 만드려는데 집중하고 있었다. 만약 SARS-Cov-2가 세포에 애초에 붙지도 못한다면 세포 내로 들어올 수 있을리도 없고 감염이 일어나지도 않을 것이기 때문이다. 이 방법 외에도 다른 전략들이 상당수 연구되어 왔고, 대표적인 전략들은 다음과 같다.
Antigenic Target
이름이 어려울 뿐 antigenic target strategy가 바로 위에서 언급한 surface spiking protein을 무력화해서 치료/예방을 하자는 전략이다. 위에서 언급했으므로 구체적인 내용은 생략. 자세한 reference를 원하는 사람은 아래 References의 3번 항목을 참조.
Inavtivated Vaccines
한국말로 하면 inactivted vaccines는 불활성화 백신(사백신)으로 번역되는데, 말 그대로 세포를 죽여서 접종을 하는 것을 의미한다. 세포의 구조는 살려놓고 활성도만 감마선 조사와 같은 방식으로 제거하기 때문에 안전하지만 상대적으로 효과가 약하거나 여러 번 접종을 필요로 한다. Reference 3번 참조.
Live Atttenuated Vaccines
우리말로 하면 약독화 백신이라고 할 수 있는데, 유전자를 조작하거나 바이러스를 몇 세대 넘게 배양해서 말 그대로 SARS-Cov-2의 독성을 약화/제거한 다음 독성만제거/약화된 SARS-Cov-2를 체내에 주입하는 것을 의미한다. 그러면 무력화된 SARS-Cov-2는 체내에 독성을 주지 못하기 때문에 접종자는 아무런 증상을 느끼지 못하지만, 실제로 SARS-Cov-2가 체내에 있기 때문에 신체는 SARS-Cov-2를 죽이기 위해서 면역 반응을 개시한다. 따라서 접종자는 면역 반응이 생기게 되는 것이다. 이 방법의 장점은 특수한 경우 비강에 분무하는 방식으로 접종이 가능하다는 것이다. Reference 3번 참조.
Recombinant Protein Vaccines
우리말로 하면 단백질 재조합 백신이라고 할 수 있다. 바이러스가 다른 종(곤충, 포유동물, 효모, 식물)에 대해 발현되는 단백질들을 가져와서 접종하는 것을 의미한다. 이 방식은 살아있는 바이러스를 복제하지 않아도 된다는 장점이 있어 생산속도가 빠르다는 장점이 있다. SARS-Cov-2의 단백질 재조합 백신은 재조합 spike proteine 백신, 부착부위(receptor-binding domain) 재조합 백신, 유사 바이러스 입자(virus-like protein; VLP) 백신을 포함한다. Reference 3번 참조.
DNA Vaccines
DNA 백신은 플라스미드(plasmid) DNA라는 것을 갖고 만드는 백신이다. 특이적인 것은 대장균(Escherichia coli)을 통해 대량 생산이 가능하다는 장점을 갖고 있지만, 면역력을 생성하는 능력이 떨어지고 electroporator라는 것을 필요로 하기에 사용이 제한적이다.
RNA Vaccines
RNA 백신은 SARS-Cov-2를 예방하기 위해 최초로 고안된 방식이다. 일단 접종되면, RNA가 타겟 단백질로 바뀌고(번역되고; translated), 면역 반응을 일으킨다. 이 백신은 100퍼센트 실험실에서 생산되기 때문에 대량 생산이 가능하다. 하지만 아예 새로운 방식이기에 이론적으로 대량 생산이 가능한지와 실제로 대량 생산이 가능한지의 괴리가 있을 수 있다. 또한 이 백신은 초저온에서 보관되어야 하기 때문에 보관이 까다롭다.
NEJM Pfizer Vaccine
Methods
아래 Reference 에서 NEJM에 출간된 Pfizer사의 백신 논문을 확인할 수 있다. 일단 이 논문이 보고자 한 것은 크게 두 부분, 안전성(Safety) 과 유효성(Efficacy) 으로 나뉜다. 이 둘을 평가하기 위해 연구원들은 30$\mu$g의 용량으로 근육내(intramuscular) 주사를 하였고,