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2023년 노벨 생리의학상은 코로나19  예방 목적 mRNA 백신 개발의 기틀을 마련한 카탈린 카리코 독일 바이오앤테크 부사장(68)과 드류 와이스먼 펜실베이니아 의대 교수(64)가 받았다. 이들은 화이자와 모더나의 코로나19 mRNA 백신 개발에 큰 영향을 미쳤다는 점에서 높은 평가를 받았다. 현재 mRNA 백신은 질병을 예방할 뿐 아니라 암 치료에 도움이 되는 백신으로도 각광받고 있다. mRNA 백신의 특징을 알아보고 국내 연구진도 소개한다.

미국의 시민단체 ‘커먼웰스 재단’이 2022년 12월 발표한 보고서에서 이 중요한 질문에 대한 답을 찾을 수 있다. 코로나19 백신이 개발되지 않았다면 미국에서만 1850만 명이 입원하고, 320만 명이 추가로 사망했을 거라는 결론이 나왔다. 우리나라의 경우도 마찬가지로, 질병관리청이 2021년 5월부터 7월까지 확진자를 분석한 결과 코로나19 백신의 중증 예방 효과는 85.4%, 사망 예방 효과는 97.3%로 나타났다. 코로나19 백신은 이처럼 팬데믹의 판도를 바꾸는 데 혁혁한 공을 세우면서 2020년대 과학기술계의 주연으로 떠올랐다.

1987년 미국의 생화학자 로버트 말론이 mRNA 백신 개발의 첫 단추를 뀄다. mRNA는 DNA에 기록된 유전정보를 단백질 생성 공장인 리보솜에 전달하는 메신저 역할을 하는 RNA다. 생명체는 mRNA가 전달하는 정보에 따라 단백질을 만든다. 단백질은 효소, 항체 등의 형태로 생명 활동을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 말론은 mRNA와 지질을 섞어 일종의 ‘분자 스튜(molecular stew)’를 만들었다. 그리고 여기에 인간 세포를 넣었다. 잠시 뒤, 세포가 분자 스튜 속 mRNA를 흡수한 다음, mRNA에 기록된 유전정보대로 단백질을 생산하기 시작했다. 

· 핵심은 유전정보 담은 단백질 생산 🔎: 이 모습을 본 말론은 자신의 연구노트에 세포가 전달된 mRNA에 적혀있는 대로 단백질을 생성할 수 있다면 “RNA를 약물로 취급”하는 것이 가능하다고 적었다. 질병을 예방하는 단백질이나 치료하는 단백질에 대한 유전정보가 기록된 mRNA를 체내에 투여한다면 질병의 예방 또는 치료 효과를 얻을 수 있겠다는 뜻이다.  

· mRNA 백신의 구조 💉:  mRNA는 단백질을 만드는 공장에 유전정보를 전달하는 메신저라면 mRNA 백신은 이 전령을 차에 태워 체내 원하는 곳으로 전달하는 식이라고 이해하면 쉽다. 체내에서 형태를 유지하지 못하는 mRNA를 지질나노입자(LNPLipid Nano Particle)로 만든 전달체에 넣어 세포까지 전달한다. 그러면 세포는 mRNA에 기록된 바이러스의 유전정보를 토대로 항원을 만든다. 인체는 이 항원을 미리 학습해 나중에 진짜 바이러스가 침입할 때를 대비한다.

· mRNA 백신의 장점 💡:  mRNA에 기록된 유전정보만 달리하면 전혀 새로운 종류의 약을 빠르게 개발할 수 있다. 질병의 확산세를 긴급히 약화시켜야 하는 팬데믹 시기에 최적화된 장점이다. mRNA에 신종 코로나바이러스의 항원을 만드는 유전정보가 담겨 있다면 코로나19 백신을 만들 수 있다. 그 자리에 원숭이두창 바이러스의 항원을 만드는 유전정보를 끼워 넣으면 원숭이두창 백신이 된다. 

사실 인체에서 단백질의 작용은 무궁무진하다. 원하는 단백질을 손쉽게 만들 수 있는 mRNA 백신의 적용 분야 또한 무궁무진할 수밖에 없다.
 

남재환 교수는  2015년부터 mRNA 백신 연구를 시작한 선구자로 꼽힌다. 남 교수는 “앞으로 mRNA 백신은 예방용 백신과 치료용 백신 두 방향으로 활용될 것으로 보인다”면서 “특히 환자의 암 발병 양상에 따라 발생하는 암 특이적 돌연변이(신생 항원)를 타겟으로 암백신을 개발하면 되니 개인 맞춤형 암치료가 가능해질 것”이라고 설명했다. 

코로나19 백신을 전 세계 수억 명이 접종한 임상 데이터도 무시할 수 없다. 풍부한 임상 데이터는 새로운 mRNA 백신을 개발할 때 좋은 참고자료가 되기 때문이다. 남 교수는 “팬데믹 이후로 이 분야 연구자가 많이 생기면서 연구가 활발해졌다”면서 “한국도 곧 경쟁력을 갖출 것”이라고 내다봤다. 코로나19 팬데믹이라는 위기는 mRNA 백신 기술의 발전을 앞당겼다. 그렇게 성장한 기술이 다시 사회가 품고 있던 걱정을 해결하는 선순환이 이뤄질 전망이다.

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