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단백질 백신의 최대 장점은 안전성이다. 단백질 백신은 바이러스 전체를 사용하는 세포전체 백신과 달리 바이러스의 항원 부위만 사용해 면역반응을 일으킨다. 

세포전체 백신은 바이러스의 병원성을 약화하거나 제거해 안전성을 확보하지만, 바이러스 전체를 주입하기 때문에 부작용에 대한 걱정을 완전히 지울 수는 없다. 바이러스가 돌연변이를 통해 병원성을 회복할 가능성이 있기 때문이다. 

반면 단백질은 그 자체로 항원의 역할을 하면서도 다른 숙주로 감염되거나 증식하지 않는다. 유일한 예외는 광우병의 원인으로 지목되는 프리온(prion) 단백질뿐이다. 

다만 면역반응 유도율은 단백질 백신이 세포전체 백신에 비해 조금 떨어진다. 항원만으로는 면역반응이 충분히 일어나지 않는 경우가 많고, 면역반응이 일어나 항체가 생성되더라도 모두 바이러스를 중화시킬 수 있는 것은 아니기 때문이다. 

따라서 단백질 백신을 개발할 때는 항체가 생성되는지 확인해야할 뿐만 아니라 반드시 생성된 항체가 바이러스를 중화할 수 있는지 시험해야 한다. 

초창기 단백질 백신은 서브유닛 (subunit) 백신 형태였다. 서브유닛 백신은 이름에서 짐작되듯 바이러스를 조각내, 그중 항원으로 작용하는 부위만 분리한 뒤 정제해 만든 백신이다. 서브유닛 백신은 세포전체 백신보다는 부작용 우려가 낮지만, 항원을 정제하는 과정에서 불순물 등이 걸러지지 않는 경우 부작용이 나타날 수 있다. 

최근에는 주로 유전공학적 방법으로 단백질 백신을 생산한다. 바이러스가 가지고 있는 유전자 정보를 박테리아나 동물 세포 등에 삽입해 직접 항원을 생산하는 방식이다. 이렇게 개발한 단백질 백신을 펩타이드(peptide) 백신이라고 부른다. 

펩타이드 백신의 가장 큰 장점은 서브유닛 백신과 비교해 부족했던 면역 반응 유도율을 높일 수 있다는 점이다. 유전자 수준에서 설계하고 생산하기 때문에 단백질 정보도 원하는 대로 변형할 수 있다. 또 바이러스를 파쇄해 항원을 얻는 게 아니라 항원을 직접 생산하기 때문에 백신에 불순물이 포함될 여지가 거의 없다. 

이런 장점 덕분에 서브유닛 백신으로 개발된 백신도 지금은 펩타이드 백신 방식으로 제작되고 있다. B형 간염 백신이 대표적이다. 

그밖에도 단백질 백신의 종류는 다양하다. 바이러스의 유전 물질 없이 바이러스의 외피를 접종하는 바이러스유사입자(VLP·virus like particle) 백신도 큰 틀에서는 단백질 백신에 속한다. VLP 백신은 면역반응 유도율을 크게 높일 수 있고 세포 매개 면역반응까지 유도할 수 있다는 장점이 있다. 안전성도 다른 단백질 백신만큼 신뢰할 수 있다. 

단백질 백신은 최근 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)의 원인인 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)와 같은 새로운 바이러스가 등장했을 때 주목을 받는다. 백신 개발 과정에서 가장 중요한 부작용 탐색 과정이 세포전체 백신에 비해 간단해 개발 기간이 짧기 때문이다.

실제로 현재 개발 중인 코로나19 백신 중에서도 단백질 백신이 가장 많다. 미국의 제약사로 메르스 백신을 보유한 노바백스와 국내에서는 SK바이오사이언스 등이 단백질 백신을 개발하고 있다. 노바백스는 5월 말 코로나19 백신 후보인 ‘NVX-Cov2373’에 대해 1단계 임상시험을 진행했다.