자연계의 많은 물질들은 외부의 특별한 도움이나 간섭 없이도 스스로 구조를 만들어나간다.

우리 몸을 구성하고 있는 단백질의 경우 스스로 조립해 다양한 구조를 만들면서 단백질의 역할을 하고 있다.

이런 현상을 ‘자기조립(self-assembly)’이라고 하는데 과학자들이 이 원리를 이용해 코로나19를 유발하는 신종 바이러스(SARS-CoV-2)를 퇴치하는 데 있어 막대한 잠재력을 지닐 것으로 예상되는 백신을 개발하고 있다.

2개 제약사 통해 최종 개발 단계 진입

3일 ‘사이언스 데일리’에 따르면 워싱턴 의대에서는 자기조립 단백질 나노입자로 백신을 개발 중이다.

최근 동물(쥐) 실험 결과에서는 이 나노입자를 통해 코로나19에서 회복된 사람들과 비교해 약 10배에 달하는 바이러스 중화 항체(virus-neutralizing antibody)를 생산하고 있다는 사실을 확인할 수 있었다.

이 후보 백신은 현재 치료제를 개발 중인 2개 제약사로 옮겨져 사람을 대상으로 한 실험 단계를 준비 중이다. 제약사는 미국 생명공학 기업인 ‘Icosavax, Inc.’로 미 식품의약국(FDA)의 우수 의약품 관리 기준에 따라 실험을 진행하고 있는 중이다.

관계자들은 이 백신이 완성될 경우 코로나19를 퇴치하는데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 보고 있다.

논문은 최근 생명과학 저널 ‘셀(Cell)’ 지에 게재됐다. 제목은 ‘Elicitation of potent neutralizing antibody responses by designed protein nanoparticle vaccines for SARS-CoV-2’이다.

신종 바이러스가 인체 세포에 침투할 때 바이러스 표면에 돌기처럼 솟아 있는 ‘스파이크 단백질’이 중요한 역할을 한다.

세포 표면에 있는 특정 단백질에 달라붙어 유전자가 침투할 수 있는 길을 열어주기 때문이다. 최근 개발되고 있는 백신 중 대다수는 이 스파이크 단백질을 타깃해 면역 효과를 검증하고 있는 중이다.

인체 내에 신종 바이러스가 침투하지 않았지만 바이러스가 침투한 것처럼 착각하게 만든 후 스파이크 단백질이 활동을 시작하게 되면 어떻게 대응할지 사전 훈련을 시키는 것을 목표로 하고 있다.

연구 결과에 따르면 자기조립된 단백질 백신 나노입자를 주입했을 때 항체를 만드는 B세포의 활동이 특히 활발해지는 것으로 나타났다. 세포 내 침투 능력을 무력화하는 중화 항체 생성을 강력하게 촉진하고 있는 것으로 나타났다.

효능 높지만 생산 과정은 더 간편해

세계보건기구(WHO)에 따르면 현재 196건의 코로나19 백신 연구가 진행되고 있는 중이다.

그중 42건은 사람을 대상으로 한 임상시험을 진행하고 있으며, 8건은 최종 단계인 임상 3상을 진행하고 있는 중이다.

백신 후보 물질은 수백 개에 이른다. 후보 백신 대다수는 복잡한 제조과정을 거쳐야 하고 많은 양의 약물을 투여해야 하며, 수송과 보관을 위해서는 철저한 저온 유지망(cold chain)을 유지해야 한다.

그런 만큼 이들 백신을 세계 전역에서 접종할 경우 수요량에 맞춘 생산 차질이 우려되고 있다. 또한 경우에 따라서는 수차례 접종해야 하는 사례가 발생할 수 있으며, 백신 운송‧보관의 어려움은 세계적인 백신 보급에 난제로 부상할 수 있다.

이에 워싱턴대 의대 연구팀은 자기조립 단백질 나노입자 백신을 사용할 경우 이런 문제들을 해소할 수 있다고 말했다.

연구를 이끈 워싱턴대 의대 알렉산드라 월스(Alexandra Walls) 교수는 “생산과정이 간편한 데다 적은 양의 약물로 백신 효능이 가능하고, 냉동 상태가 아니더라도 보관이 가능하다.”고 설명했다.

연구팀은 이 후보 백신 개발을 위해 자체적으로 개발한 구조적 기반(structure-based)의 백신 설계 기술을 적용했다.

닐 킹(Neil King) 교수는 “실험을 통해 자기조립 단백질 나노입자가 면역세포를 대상으로 사전에 복제한 신종 바이러스의 스파이크 단백질 결합부위(RBD)를 약 60회 시현하고 있음을 확인할 수 있었다.”고 말했다.

이를 인체에 침투한 항원으로 여기는 세포들은 스파이크 단백질에 대한 대응을 거쳐 실제로 신종 바이러스가 침투했을 때 위력을 발휘하게 된다.

최근 코로나19 백신 개발은 막바지 단계에 도달한 것으로 관측되고 있다. 미국의 경우 올해 안에 백신 4종이 임상시험을 완료할 수 있을 것으로 기대되고 있으며, 영국‧중국‧러시아 등 다른 국가들 역시 최종 시험을 서두르고 있다.

그러나 백신 효능 면에서 이처럼 강력한 약물이 제시되기는 이번이 처음이다. 다른 백신에 비해 늦게 개발이 되고 있지만 백신 세계화를 위해 필요한 특성을 지니고 있어 의료계 등으로부터 깊은 관심을 불러일으키고 있다.