COVID-19 백신 개발 4가지 유형과 개발과정 차이점 비교
Comparing the COVID-19 Vaccines: How Are They Different?
COVID-19 백신접종에 대한 효과 및 부작용과 가장 좋은 백신이 무엇인가에 대한 관심이 그 어느 때보다 높다. 일반적으로 백신이 만들어지는 과정은 박테리아, 바이러스, 기생충과 같은 새로운 병원체가 체내에 들어오면 항원은 면역 반응을 일으켜 항체를 생성하도록 하고, 항원을 만나기 전에 약화되거나 비활성화된 항원을 체내에 미리 투입해 항체를 생성하는 원리로 만들어진다. 하지만 코로나19 백신은 기존과 다른 새로운 방식으로 제작된다. 현재 여러나라에서 개발 중인 COVID-19 백신은 다양한 유형으로 진행되고 있으며, 세계백신면역연합인 Gavi에 의하면 현재 184건 이상의 서로 다른 COVID-19 백신이 임상시험 중에 있다.
Source: WHO: Draft landscape of COVID-19 candidate vaccines
그러나 과연 이러한 백신개발과정은 어떻게 다르며 COVID-19 팬데믹으로부터 어떻게 우리를 보호할수 있을것인가? 백신이 개발 중이거나 이미 개발된 모든 백신은 모두 코로나19 바이러스 면역이라는 동일한 목적을 달성하려고 노력하고 있다. 그리고 일부 개발된 백신에서는 코로나 바이러스 감염 전파를 차단할 수 있는 효능이 있음을 임상시험을 통해 검증되었다.
COVID-19 백신은 바이러스에서 발견되는 분자인 항원에 대한 면역반응을 자극함으로써 목적을 달성하도록 한다. COVID-19 바이러스의 경우 항원은 일반적으로 바이러스 표면에서 발견되는 특징적인 스파이크 단백질로, 인간 세포 침입에 사용된다. 그들 중 일부는 항원을 체내로 밀반입하려고 시도하고 다른 일부는 바이러스 항원을 만들기 위해 신체의 자체 세포를 사용하기도 한다. 그렇다면 COVID-19 백신 개발의 4가지 종류를 주요 유형별로 아래에서 살펴보기로 하자.
COVID-19 백신개발의 4가지 주요 유형
THE FOUR MAIN TYPES OF COVID-19 VACCINE
COVID-19 백신개발을 위한 임상시험에는 크게 4가지 범주의 백신이 있다.
1. 전체 바이러스(WHOLE VIRUS)
2. 단백질 서브 유닛(PROTEIN SUBUNIT)
3. 바이러스 벡터(VIRAL VECTOR)
4. 핵산 , RNA & DNA( NUCLEIC ACID, RNA AND DNA)
첫째, 전체 바이러스(WHOLE VIRUS)백신은 약화되거나, 비활성화된 형태의 병원체를 사용하여 예방 면역을 유도한다. 전체 바이러스 백신에는 두 가지 유형이 있다. 1) 약독화 생백신(Live attenuated vaccines)은 약화된 형태의 바이러스를 사용하며, 이는 여전히 성장하고 복제가능하지만 질병을 유발하지는 않는다. 2) 비활성화 백신(Inactivated vaccines)에는 열, 화학 물질 또는 방사선에 의해 유전물질이 파괴되어 세포를 감염시키고 복제 할 수 없게 되지만, 여전히 면역 반응을 활성화시킬수 있다.
약독화 생백신과 비활성화 백신, 둘 다 황열병 및 홍역 (약독화 생백신) 또는 계절성 인플루엔자 및 A형 간염(불활성화 백신)을 포함하여 기존의 많은 백신의 기초를 형성하는 백신 접종 전략으로 시도되었다. 결핵 예방접종인 BCG 백신과 같은 박테리아 약독화 백신 등이 있다.
둘째, 단백질 서브 유닛(PROTEIN SUBUNIT) 백신은 면역 반응을 유발하기 위해 병원체 조각 (종종 단백질 조각)을 사용한다. 그렇게함으로써 부작용 위험이 최소화되지만 면역 반응이 약해질 수도 있는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하고 면역 반응을 높이기 위해 종종 보조제가 필요하다. 기존 서브 유닛 백신의 예로는 B형 간염 백신(hepatitis B vaccine)있다.
단백질 서브유닛 백신이 면역 반응을 유발하기 위해서는 전체 병원체를 주입하는 대신, 서브 유닛 백신 - 때로 무세포백신(acellular vaccines)이라고 하는- 면역 세포를 자극할 수 있는 능력을 위해 특별히 선택된 정제된 조각을 포함하고 있다.
이러한 조각들은 질병을 유발할 수 없기 때문에 서브 유닛 백신은 매우 안전한 것으로 간주된다. 단백질 서브 유닛 백신은 바이러스 또는 박테리아 병원체에서 분리 된 특정 단백질을 포함하고 있으며, 몇가지 유형으로는 다당류 백신에는 일부 박테리아의 세포벽에서 발견되는 당분자(다당류) 사슬이 포함되어 있다. 접합 서브 유닛 백신은 다당류 사슬을 담체 단백질에 결합하여 면역 반응을 촉진시킨다. COVID-19를 유발하는 바이러스에 대한 단백질 서브 유닛 백신들만이 개발되고 있다. 기존이 다른 서브 유닛 백신은 이미 널리 사용되고 있다. 예를 들어 B형 간염 및 무세포 백일해 백신 (단백질 서브 유닛), 폐렴 구균 다당류 백신(다당류), MenACWY 백신은 디프테리아 또는 파상풍 톡소이드에 결합된 수막구균질환을 유발하는 4 가지 유형의 박테리아 표면의 다당류를 포함하는 백신의 예들이다.
세번째, 바이러스 벡터(VIRAL VECTOR) 백신이 있다. 바이러스 벡터 기반 백신은 실제로 항원을 포함하지 않고 신체 자체의 세포를 사용하여 생성한다는 점에서 대부분의 기존 백신과 다르다. 이들 백신은 변형된 바이러스(벡터)를 사용하여 바이러스 표면에서 발견되는 COVID-19 스파이크 단백질의 경우 항원에 대한 유전자코드를 인간세포로 전달함으로써 이를 수행하도록 한다. 세포를 감염시키고 많은 양의 항원을 만들어 면역 반응을 유발하도록 지시함으로써 백신은 특정 병원체, 특히 바이러스에 자연적으로 감염되는 동안 일어나는 일을 모방하도록 구성된다. 이것은 T세포에 의한 강력한 세포면역 반응뿐만 아니라 B??세포에 의한 항체 생산을 유발하는 이점이 있다.
바이러스 벡터 백신은 항원을 생산하기 위해 세포에 유전적 지침을 제공함으로써 작동한다. 하지만 핵산백신과는 다르게, 백신이 목표로 삼는 바이러스와는 다른 무해한 바이러스를 사용하여 이러한 지침을 세포로 전달하도록 기능한다. 벡터로 자주 사용되는 바이러스의 한 유형으로 감기를 일으키는 아데노 바이러스가 있다. 핵산 백신과 마찬가지로 면역 반응을 유발하기 위해 우리 자신의 세포 작동을 이용하여 이러한 구조로 부터 항원을 생성하도록 한다. 바이러스 벡터 백신은 자연적인 바이러스 감염을 모방할 수 있으므로 강력한 면역 반응을 유발해야 한다. 그러나 많은 사람들이 이미 벡터로 사용되는 바이러스에 노출되었을 가능성이 있기 때문에 일부에서는 바이러스에 면역이 형성되어 백신의 효과가 떨어질 수 있는 단점이 있다. 기존 바이러스 벡터 백신의 예로는 에볼라에 대한 rVSV-ZEBOV 백신이 있으며 COVID-19 백신으로는 옥스포다-아스트라제네카 백신이 이에 해당된다.
네번째, 핵산( NUCLEIC ACID (RNA AND DNA) 백신이 있다. 이 백신은 RNA 또는 DNA와 같은 유전 물질을 사용하여 세포에 항원을 만드는 지침을 제공한다. COVID-19의 경우 일반적으로 바이러스 스파이크 단백질이다. 이 유전 물질이 인간 세포에 들어가면 우리 세포의 단백질 공장을 사용하여 면역 반응을 유발할 항원을 만든다. 이 백신의 장점은 만들기 쉽고 저렴하다는 것이다. 항원은 우리 세포 내부에서 대량으로 생산되기 때문에 면역 반응이 강해야 한다. 그러나 단점은 지금까지 인간에 대한 사용으로 허가된 DNA 또는 RNA 백신이 없기 때문에 규제 승인에 더 많은 어려움이 발생할 수 있다는 것이다. 또한 RNA 백신은 -70C 이하의 초저온에서 보관해야하므로 특수한 냉장 장비가 없는 국가, 특히 저소득 및 개발도상국 및 중간 소득 국가의 경우 어려울 수 있다. 상대적으로 새로운 기술이기 때문에 HIV, 지카 바이러스, COVID-19 등 다양한 질병에 대한 DNA 및 RNA 백신이 개발되고 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 백신개발을 위해 임상시험에서 네가지 범주의 백신개발방법이 있다. 전체 바이러스 단백질(WHOLE VIRUS, PROTEIN0, 서브 유닛(SUBUNIT), 바이러스벡터(VIRAL VECTOR), 및 RNA, DNA 핵산(NUCLEIC ACID, RNA AND DNA) 등이다.
이들 백신개발과정에서 일부는 항원을 체내로 밀반입하려는 시도를 하고, 다른 일부는 바이러스 항원을 만들기 위해 인체 내에 있는 자체 세포를 사용하기도 한다. 그동안 보편적으로 백신접종에서 사용하고 있는 방식은 생백신과 사백신 두종류였고 기존 생백신이나 사백신의 경우 세균이나 바이러스 등의 전체 균주를 주입하는 방식을 이용했었다. 하지만 최근 개발된 바이오엔텍 화이자 백신이나 모더나사가 개발한 백신은 차세대 유전공학 백신(Genetic Engineering Vaccine)으로 기존의 백신개발과는 다른 mRNA(메신저) 성분을 이용한 백신으로 mRNA 백신은, COVID-19 바이러스의 스파이크 단백질을 만드는 mRNA 성분을 변형시킨 백신이다. 이는 바이러스 표면에 쇠뿔 모양의 돌기인 단백질, 즉 스파이크 성분을 체내에 미리 만들어 바이러스에 대한 면역력을 생성하게 하는 원리로 개발되었고,COVID-19 변이 바이러스에 대한 효과검증을 위해 백신에 대한 지속적인 모니터링이 진행되고 있다.
Pfizer와 Moderna 백신은 세포에 약간의 유전 코드를 전달하는 기술인 mRNA 또는 메신저 RNA를 사용하여 만들어진. 이는 사실상 SARS-2 바이러스에 표면 단백질(스파이크라고 함)을 만드는 레시피이다. mRNA 명령으로 만들어진 단백질은 면역체계를 활성화하여 스파이크 단백질을 외래 단백질로 인식하고 이에 맞서 싸울 항체 및 기타 면역 무기를 개발하도록 대응한다.
J&J 백신은 다른 접근 방식을 사용하여 인간 세포에 SARS-2 스파이크 단백질을 생성하도록 지시한 다음 면역 반응을 유발합니다. 그것은 바이러스 벡터 백신으로 알려진 것이다. 무해한 아데노바이러스(일부는 감기를 유발하는 바이러스군)가 SARS-2 스파이크 단백질의 유전자 코드를 전달하도록 제조되었다. 일단 아데노바이러스가 세포에 들어가면, 그들은 그 코드를 사용하여 스파이크 단백질을 만든다. J&J는 유럽 의약품청(European Medicines Agency)의 사용 승인을 받은 에볼라 백신을 만들기 위해 이와 동일한 접근 방식을 사용했다.
References
WHO: The COVID-19 candidate vaccine landscape and tracker. URL: https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidate-vaccines
GAVI: There are four types of COVID-19 vaccines: here’s how they work
URL: https://www.gavi.org/vaccineswork/there-are-four-types-covid-19-vaccines-heres-how-they-work?gclid=Cj0KCQjwyN-DBhCDARIsAFOELTli6wKoTPn_nqfpaIimwPDAS40phGL4rlipQ1XXEM4rzcd0lTmM1iUaAkyfEALw_wcB
Yale Medicine: Comparing the COVID-19 Vaccines: How Are They Different? URL: https://www.yalemedicine.org/news/covid-19-vaccine-comparison