mRNA 혁명, 세계를 구한 백신 : 면역과 백신의 메커니즘, 그리고 과학자들의 도전과 결실

전방욱

서울대학교식물학과대학원을졸업하고이학박사학위를받았다.강릉원주대학교에부임해교수,총장등을거쳐현재명예교수로있다.평범한생물학자의길을걷다가학계에서소홀하게다루어지던생명윤리에관심을갖게되어캘거리대학교커뮤니케이션문화학부에서과학커뮤니케이션을연구했다.이후한국생명윤리학회회장,아시아생명윤리학회회장,대통령직속국가생명윤리심의위원회부위원장을맡았다.『수상한과학』,『DNA혁명크리스퍼유전자가위』,『mRNA혁명,세계를구한백신』을썼고,『백신거부자들』,『진화의패턴』,『생명의미래』등다수의과학책을번역했다.생명과학을통해사회에보탬이되는일을모색하고있으며,특히코로나19를맞아팬데믹퇴치에도움이되고싶은생각에서청소년들이바이러스에대해올바르게탐구할수있도록제대로된지식을전달하고자『바이러스쫌아는10대』를썼다.

저자서문

1장면역과백신의기초
2장멀고도험한길
3장카탈린카리코:mRNA의꿈
4장카탈린카리코:도전과역경
5장카탈린카리코:마침내찾아온성공
6장스파이크에얽힌비밀
7장또하나의혁신,지질나노입자
8장신종코로나바이러스mRNA백신개발
9장mRNA백신의생산
10장mRNA백신연구의현황과미래

부록:용어해설
참고문헌
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코로나백신을넘어mRNA의놀라운잠재력을밝히다!

1장“면역과백신의기초”에서는전반적인면역의메커니즘과백신의역할을설명하고,2장“멀고도험한길”에서는mRNA백신개발이이루어지기까지항원의구조연구,뉴클레오티드변형,지질나노입자포장이라는세분야에서의혁신이있었으며,이를위해유？무명의많은과학자가기여한내용을살펴본다.
3장부터5장까지는mRNA백신개발의최대공로자라할수있는카탈린카리코의생애를훑어보며그가연구하고이룬내용에대해과학적설명을해나간다.카탈린카리코는지원과연구비가부족한상황에서도획기적연구를시도했으며,종신재직권까지포기하고프로젝트를계속했다.
6장“스파이크에얽힌비밀”에서는키즈메키아코벳이라는또한명의여성과학자가주도하는미국국립보건원의백신연구센터연구팀이융합이전의코로나바이러스단백질항원구조를발견하고모더나사와협력해중화역가(항원의50%를중화시키는항체희석농도)와치사챌린지시험(살아있는바이러스에노출시켜백신이나치료제의효과를검증하는시험)시생존능력이우수한백신을설계？개발한과정과임상시험을거쳐실제접종에이르게된과정을이야기한다.
7장“또하나의혁신,지질나노입자”에서는불안정한mRNA를세포로전달하기위해양이온성프로타민과중합체를거쳐지질나노입자를개발하기까지의경과와지질나노입자의원리,그리고전달능력을개선하기위한여러가지노력,이를적용한mRNA백신전달에대해알아본다.
8장“신종코로나바이러스mRNA백신개발”은이런혁신들을바탕으로마침내코로나19백신이개발된경위를원리증명시험,전임상사례,인간임상시험중심으로살펴본다.
9장“mRNA백신의생산”은상업적규모에서mRNA백신제조공정을원료의약품생산과의약품제조로나누어mRNA백신플랫폼의이점,DNA주형생산,시험관내전사반응,정제및제제,mRNA-지질나노입자제조,병입및마감품질관리에대해설명한다.
10장“mRNA백신연구의현황과미래”는백신의개발경과,백신의구조,작용메커니즘,감염질환예방을위한백신개발,화이자/바이오엔테크와큐어백등상용mRNA백신의개발과비복제백신및자가복제백신유형,암백신등의현황을다루고미래를전망한다.
우리는코로나19mRNA백신이등장하기전까지mRNA백신이아예존재하지않았던것처럼생각하기쉽지만그건사실이아니다.암면역요법이나감염성질환예방을위한mRNA는전임상을통해가능성을타진하고초기임상데이터를생산하는데까지여러부문에걸쳐점진적으로발전해왔다.그리고이러한연구는임상시험용의약품제조및품질관리기준에따른대규모의mRNA생산이가능하고mRNA백신이유리한안전성프로필을가졌음을입증하는데있어중요한역할을했다.
mRNA를처음동물모델로전달한이후이분야는빠르게발전했으며백신개발을위한차세대바이오의약품으로사용할수있다는가능성을보여주었다.mRNA백신은빠른개발능력,높은효능,안전성,그리고저렴한제조비용으로인해가장중요하고유망한차세대백신중하나로간주된다.백신에사용되고있는mRNA치료제는앞으로백신뿐아니라암과같은질병을예방하거나치료하는데에도더욱효과적으로활용될수있으리라기대되고있다.


카탈린카리코박사의생애집중조명!
카탈린카리코박사와그연구에대한추천의글


“모더나를포함한모든mRNA회사는카탈린카리코와드류와이즈먼의원천기술덕분에존재할수있었다.그발견이없었더라면팬데믹에맞설mRNA백신이개발되지않았을것이기때문에그들은최고의영예를차지할자격이있다.
_케네스치엔(심혈관생물학자,모더나공동설립자)

“이여성에게노벨상을줘야한다.”
_리처드도킨스(생물학자,《이기적유전자》저자)

“누군가나에게언젠가노벨상을받을만한사람을꼽으라면카탈린카리코를최우선으로거명할것이다.그근본적인발견으로세계를구한의약품이등장했다.”
_데릭로시(하버드의과대학교수,모더나공동창립자)

책속으로

과학자들은이미수십년동안진행된기초및응용연구를바탕으로융합이전의형태를유지할수있도록한스파이크단백질의유전정보중우리딘염기를1-메틸슈도우리딘으로변형하여세포의면역계를회피하는mRNA를지질나노입자에넣어최단기간내에임상시험을거쳐사람들에게접종할수있는백신을개발했다._39-40쪽

1976년당시스물두살이던카탈린카리코는mRNA에대한이야기를듣자마자‘오,이건좀멋진분자인걸’하며감탄했다.카리코는mRNA가세포에게무엇을하라고지시를내린다는사실로부터이분자가무한한잠재력을가졌다는것을직감했다.mRNA를조정할수있다면우리가원하는새로운지시를세포에게내릴수있다고생각했다.그메시지를바꿀수있다면우리가원하는무엇이든지세포더러만들게할수있다._54쪽

2020년1월11일,중국과학자들은신종코로나바이러스의전체염기서열을온라인에공개했다.이틀만에코벳과연구팀은코로나19백신후보인mRNA-1273을설계했다.그리고신종코로나바이러스의유전암호가결정된지불과66일만에이백신후보는전임상시험에진입하는세계기록을세웠다._86쪽

코벳이물론신종코로나바이러스를염두에두고특별히메르스코로나바이러스를연구한것은아니지만,코로나19에신속하게백신대응을할수있었던것은메르스코로나바이러스백신개발에대한충분한사전지식을가지고있었기때문이다.이접근방식은여러백신을신속하게개발하는데전반적으로도움이되었다._92쪽

코벳의연구팀은동물모델에서면역원성을이해하는연구를하면서동시에모더나백신의1상임상시험용의약품제조및품질관리기준에따른생산을개시했다.그래서모더나는mRNA-1273서열을결정하자마자제조를시작해생산을개시하고서한달이라는짧은기간내에임상시험을위한의약품을출하할수있었다.이는신속한백신개발을생각할때mRNA유전자기반플랫폼이얼마나강력한것인지를알려준다.이렇게하여신종코로나바이러스의염기서열이발표되고66일만에1상임상시험이시작되었다._136-137쪽

결론적으로mRNA-1273백신은코로나19예방에서94.1%의효능을보였고,일시적인국소및전신반응을제외하고는안전에문제가없는것으로나타났다.
2020년12월18일,FDA는모더나2회투여백신을긴급사용승인했다.그이후전세계의많은사람들이코벳의실험실에서개발한백신을접종받았다._141쪽

mRNA에기반하여전염병을예방할수있는기술에대한관심은점점높아지고있다.RNA의생물학,화학,안정성및전달분야의기술발전은완전합성mRNA백신개발을가속화했다.동물모델에서관찰된강력하고지속적이며안전한면역반응이확인되고인간을대상으로한초기임상시험에서성공을거두면서기존백신을mRNA백신으로대체하려는대안적플랫폼이점점더관심을끌고있다.이러한고무적인결과와함께제조공정이일반적으로단순하고개발및제조비용이저렴하기때문에mRNA백신에대한전망은산업적으로도매우유망하다고할수있다._168-169쪽