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[이데일리 송영두 기자] 코로나19 사태 이후 전 세계적으로 백신이 가장 높은 관심을 받고 있다. 올해 3월 기준 전 세계에서 7개의 코로나19 백신 사용 승인을 받았고, 제한적 사용 승인은 6개, 임상시험 단계 백신은 81개에 달한다. 특히 mRNA 백신 플랫폼의 성공적인 적용은 인류 백신개발 역사상 중요한 성과로 평가되고 있다.

한국과학기술기획평가원의 백신 플랫폼 기술 보고서에 따르면 코로나19에 대응하기 위해 세계 여러나라는 그간 개발된 다양한 백신 플랫폼을 적용, 백신개발 기간이 기존 감염병 대비 비약적으로 단축됐다. 코로나19 이전에는 신변종 바이러스 발견 후 임상 1상 진입까지 걸리는 기간이 몇 년에서 수십 년까지 소요됐지만, 코로나19에 대해서는 바이러스 발견 후 69일 만에 임상에 돌입했다.

백신 플랫폼 기술은 특정 항원이나 유전정보만 바꾸면 새로운 병원체에 대해 백신을 개발할 수 있다. 기존 백신 형태나 특성을 변형해 효능이나 안전성 등을 개선하거나, 항원라이브러리 구축, 다가 백신 및 범용 백신 개발, 체내전달법 개발, 대량생산기술, 투여방법 개선 등도 다양한 감염체에 적용 가능해 광의의 플랫폼 기술로 볼 수 있다.

백신 플랫폼 기술 중 바이러스 등 감염체 자체를 이용하는 약독화 생백신과 불활화 사백신은 1세대, 일부분을 이용하는 아단위(서브유닛) 백신과 톡소이드, 다당류 백신 및 단백접합 백신 등을 2세대, 체세포를 이용해 항원을 생산할 수 있는 핵산을 전달하는 DNA/RNA 백신, 바이러스벡터 백신 등 유전자재조합 백신을 3세대로 분류할 수 있다.

백신 플랫폼 종류.(자료=한국과학기술기획평가원)

mRNA와 DNA 백신

현재 가장 주목받고 있는 백신 플랫폼은 3세대인 mRNA 백신이다. 바이러스 표면의 스파이크 단백질을 직접 주입하는 대신 체내에서 항원 단백질을 만들 수 있는 mRNA를 주입하는 방식이다. mRNA 백신은 근육주사를 통해 체내에 주입하며, 세포 내 바이러스 스파이크 단백질을 발현하면 체내 면역 시스템이 이를 외부 물질로 인식해 항체를 생산한다.

하나의 분자로 여러개의 단백질을 생산할 수 있어 백신의 생산 및 전달 면에서 보다 효율적이다. 특히 가장 큰 장점은 대상으로 하는 바이러스의 염기서열만 알면 쉽게 합성이 가능해, 새로운 바이러스나 변이에 빠르게 대응할 수 있다. 코로나19 이전에는 RNA 백신이 임상에서 쓰인 적이 없다.

2020년 11월 독일 바이오엔테크와 미국 화이자가 mRNA 코로나19 백신을 개발해 긴급사용승인을 받았고, 12월에는 미국 모더나와 국립알레르기·전염병연구소가 공동개발한 백신이 미국 식품의약국(FDA) 승인을 받았다. 이들 백신은 임상 3상 결과 화이자 95%, 모더나 94.1%의 예방효과를 나타냈으며, 항체생성률과 누적감염률 감소 효능 면에서도 타 플랫폼과 비교해 우수한 것으로 나타났다. 국내에서는 SK바이오사이언스(302440), GC녹십자, 에스티팜(237690), 진원생명과학(011000), 아이진(185490) 등이 mRNA 백신 초기 개발 및 플랫폼 기술 개발 등을 추진하고 있다.

DNA 백신은 원형 플라스미드 안에 항원에 해당하는 염기서열을 삽입하고, 박테리아에서 대량 증폭하는 방식으로 생산한다. mRNA 백신과 마찬가지로 항원 단백질을 직접 생산하지 않고, 유전물질을 체내 주입해 세포가 보유한 단백질 생산 시스템을 활용한다. 바이러스 염기서열만 알면 신속하고 빠르게 합성이 가능하다는 장점도 동일하다.

DNA 백신은 mRNA보다 구조적으로 안정돼 분해될 우려가 적어 운반, 보관 측면에서 유리하다. 별도 전달체 없이도 근육 투여 후 전기천공법을 통해 세포 내 전달이 가능해, PEG 등 전달체에 의한 부작용을 피할 수 있는 장점이 있다. 다만 현재까지 임상 결과로는 항원 생산 및 면역반응 및 예방효능이 낮다는 점이 단점으로 지적된다.

현재까지 DNA 백신이 인간을 대상으로 승인된 사례는 없으며, 말을 대상으로 한 웨스트나일 바이러스 백신은 2005년 미국에서 최소 승인된 바 있다. 국내에서는 제넥신(095700), 진원생명과학(011000), 이노비오-국제백신연구소가 코로나19 DNA 백신을 개발 중이다.

이 외 아스트라제네카 코로나19 백신은 바이러스벡터 백신으로 항원의 유전정보(DNA)를 병원성 및 독성이 없는 다른 바이러스 단백질 껍질인 캡시드로 포장해 전달하는 방식이다. 존슨앤드존슨 얀센 코로나19 백신도 바이러스벡터 백신이고, 국내에서는 LG화학(051910)-셀리드(299660)가 코로나19 백신을 개발 중이다. 또한 노바백스 코로나19 백신과 SK바이오사이언스, 유바이오로직스(206650)가 개발 중인 코로나19 백신은 아단위(서브유닛) 백신에 해당한다.