핵산 백신은 가장 최근에 개발된 백신 개발 전략이다. 이름에서도 알 수 있듯 DNA, RNA 같은 핵산이 주성분이다. 유전공학 기술이 발전하면서 백신 연구자들은 바이러스의 항원을 발현하는 염기서열 전체 또는 일부를 합성할 수 있게 됐고, 이를 이용해 핵산 백신이 등장했다.
핵산 백신은 세포 속으로 들어가 세포가 항원 단백질을 생산하게 만들고, 이렇게 생산된 항원 단백질은 면역반응을 일으켜 항체를 생성한다. 한 번에 여러 개의 항원 단백질을 발현하도록 백신을 설계하기도 한다.
핵산 백신은 크게 DNA 백신과 RNA 백신 두 가지로 나뉜다. 유전정보의 흐름을 설명하는 이론인 ‘중심원리(central dogma)’에 따르면 유전정보를 표현하는 최종 물질인 단백질은 DNA를 바탕으로 만들어진다. DNA로부터 단백질이 만들어지는 데 필요한 중간물질이 RNA다.
DNA 백신은 항원 단백질을 발현하는 DNA의 염기서열을 이용해 제작한다. 이때 인체에 DNA만 주입하면 정상적으로 단백질이 발현되지 않기 때문에 DNA가 인간 세포에서도 발현될 수 있는 플라스미드(스스로 복제할 수 있는 유전물질)에 DNA를 끼워 넣어 만든다.
DNA 백신의 장점은 보관이 매우 쉽다는 것이다. DNA는 물리적으로 안정된 분자구조를 갖기 때문에 온도와 빛 등에 의해 변성될 가능성이 적다. 덕분에 온도, 습도 등 기후가 다른 전 세계 여러 지역에서 백신을 대량으로 접종할 수 있다.
RNA 백신은 단백질을 만들 때 중간 단계 역할을 하는 전령RNA (mRNA)를 사용하는 만큼 DNA 백신보다 면역반응 유도가 빠르다.
따라서 대규모 감염이 의심되는 상황에서 긴급하게 백신을 사용해야 할 때 유용하다. DNA 백신은 RNA를 만들어내기 위해 세포의 핵 속에까지 들어가야 하지만, RNA 백신은 세포 내부에만 들어가도 곧바로 항원 단백질을 생성할 수 있어 효율적이다.
핵산 백신은 DNA든 RNA든 공통적 으로 개발 기간이 짧고 대량생산이 가능하다.
세포전체 백신은 바이러스의 병원성을 약화하기 위해, 단백질 백신은 박테리아나 동물 세포에서 원하는 단백질을 생성하게 만들기 위해 시간과 비용이 많이 든다. 하지만 핵산은 화학적으로 합성할 수 있어 시간과 비용을 절약할 수 있다.
물론 핵산 백신에도 단점은 있다. 면역반응을 유도하는 효과가 다른 백신보다 상대적으로 낮다. 세포전체 백신과 단백질 백신은 항원을 직접 주입하는 데 비해, 핵산 백신은 핵산이 세포 내로 들어가 인체에서 항원을 직접 생산하게 해야 하기 때문이다.
핵산 백신의 개발 역사가 상대적으로 짧다는 점도 한계다. 백신의 작동 원리만 보면 예상되는 부작용은 적지만, 예측하지 못한 부작용이 나타날 가능성도 배제할 수 없다.
그럼에도 핵산 백신은 차세대 백신으로 기대를 한 몸에 받고 있다. 미국 제약회사 모더나, 국내 제약회사 제넥신 등은 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 백신으로 핵산 백신을 개발하고 있다.
모더나는 RNA 백신 후보물질로 전 세계에서 가장 먼저 임상시험을 시작했고, 2020년 7월 3만 명을 대상으로 백신의 안전성과 효능을 최종적으로 점검하는 3상 임상시험을 진행한다. 이 시험을 통과하면 백신을 바로 판매할 수 있다.
제넥신도 2020년 6월 11일 코로나 백신 후보물질인 DNA 백신 ‘GX-19’로 국내에서는 처음 임상시험 승인을 받았다. 코로나19 백신 속도전에서는 핵산 백신이 가장 앞서있는 셈이다.
