작년 말 중국에서 시작된 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 세계에 유행하면서 사람들의 일상을 바꿔놓고 있다. 코로나 바이러스는 일반적인 독감 바이러스와 비슷한 형태지만 아직 치료제와 백신이 없다. 한국을 포함해 미국 유럽 등 위기의식을 느낀 각국에서는 모든 역량과 자본을 코로나19 백신 개발에 집중하고 있다. 언제까지 기다려야 할까. 백신은 개발 속도가 느리고 바이러스는 백신 개발도 어렵다고 하는데 그 이유는 무엇일까.

변이 많을수록 백신 개발 힘들어

인체는 바이러스, 세균 등 자신과 다른 단백질을 가지고 있는 물질이 외부에서 체내로 들어오면 이를 인식한 뒤 제거하는 시스템을 갖추고 있다. 백신은 인체가 인식할 수 있는 바이러스와 세균의 단백질에서 질병을 유발하는 부분은 제거한 물질을 가리킨다. 백신이 몸에 들어오면 면역체계는 바이러스나 세균이 들어왔다고 인식하고 이에 저항할 수 있는 시스템을 구축한다. 향후 진짜 바이러스와 세균이 침투했을 때 방어막 역할을 한다.

백신 개발의 관건은 바이러스와 세균의 단백질 중 어느 부분을 이용할지 결정하는 것이다. 변이가 쉽게 일어나는 바이러스의 백신을 개발하는 게 어려운 이유는 단백질의 모양이 변이에 의해 쉽게 바뀌기 때문이다. 바이러스의 단백질 종류와 구조를 알고 어떤 특정한 단백질을 백신으로 개발했다고 하자. 처음에는 효과가 있겠지만 바이러스가 변이를 일으켜 해당 단백질의 모양이 바뀔 수 있다. 대개 백신으로 이용하는 단백질은 우리 몸에 문제를 발생시키면 안 되기 때문에 별다른 기능이 없고 단순히 바이러스의 모양을 유지하기 위해 존재하는 부분인 경우가 많다. 이 부분은 바이러스가 변이를 일으켜도 바이러스의 원래 기능에는 크게 문제가 생기지 않기 때문에 쉽게 변이가 일어날 수 있다. 따라서 안정적인 백신을 개발하려면 변이가 생기기 어려운 단백질을 찾아내거나 바이러스의 기능에 중요하지만 인체에 큰 영향이 없는 부분을 찾아내야 한다. 변이가 심할수록 백신 개발이 어려운 이유다.

박테리아•식물로 백신 생산

백신을 개발했다면 이를 대량 생산해 세계에 보급하는 것이 다음 과제다. DNA 구조가 밝혀지고 과학기술이 발전하면서 우리가 원하는 대로 유전자를 재조합할 수 있는 기술이 개발됐다. 이제 우리는 백신의 DNA를 재조합, 다양한 생물을 이용해 백신을 생산할 수 있는 기술이 있다. 대표적인 예가 박테리아다. 백신을 만들 수 있는 ‘지도’인 DNA를 박테리아에 넣어주고 박테리아를 잘 키워서 양을 늘리는 것이다. 그러면 박테리아가 알아서 DNA를 보고 백신을 생산해 자신의 몸속에 쌓아놓는다. 우리는 일정 시간이 지난 뒤 박테리아를 파괴하고 속에 든 단백질(백신)만 쏙 빼내면 된다.

여기에 문제가 없는 것은 아니다. 박테리아를 파괴하고 그 속에 들어 있는 백신만 잘 골라내는 작업은 쉽지 않다. 게다가 박테리아에는 독성물질이 많다. 백신을 골라내는 과정에서 독성물질이 남아 있다면 인체에 투여할 수 없기 때문에 세심한 노력이 필요하다. 비용 부담도 발생하기 마련이다.

모든 생물은 자신의 몸속에서 만들어진 단백질에 일종의 ‘표시’를 해 둔다. 이 표시는 생물마다 다른데 문제는 표시에 의해 단백질의 기능이 바뀔 수 있다는 것이다. 같은 백신이라도 어떤 생물을 이용해서 만드느냐에 따라 그 기능에 크게 차이가 날 수 있다. 최근 박테리아가 아닌 식물에서 백신을 생산하려는 노력이 이뤄지는 배경이다. 식물은 박테리아와 달리 인간에게 악영향을 미칠 위험이 상대적으로 작고 생산 비용이 저렴하다. 미국 바이오기업 맵바이오파마수티컬은 에볼라 백신을 식물에서 추출해 상용화했다. 백신을 생산할 수 있는 생물을 박테리아와 식물 두 종류 모두에서 확보하고 있다면 백신을 생산하기가 훨씬 유리해질 것이다.

식물 기반의 전염병 대응 모델 필요

박테리아는 많은 영양분이 들어 있는 물(배지)에서 자란다. 이 때문에 대량 생산하려면 거대한 수조가 필요하다. 대용량 배지에서 박테리아를 분리 및 정제하려면 추가 시설이 필요하다. 지금처럼 전염병이 크게 유행할 때 박테리아를 이용해 백신을 생산하려면 시간과 비용이 많이 든다.

백신 생산이 가능한 식물이 있다면 이야기가 달라진다. 이 백신의 DNA를 가지고 있는 식물을 잘 키워서 씨앗을 대량으로 확보해 놓으면 된다. 씨앗은 장기간 보관이 가능하며 부피도 작아 얼마든지 많은 양을 확보해 놓을 수 있다. 만약 전염병이 빠르게 퍼질 경우 씨앗을 뿌려 식물을 땅에서 키운 뒤 한두 달 뒤에 잎을 수확해 백신을 뽑아낼 수 있다. 박테리아 기반 생산보다 훨씬 빠르고 간편하다. 식물에서 백신을 발현시켜 약으로 사용하는 것이야말로 일반적인 식물을 약초(藥草)로 바꾸는 일이 아닐까.

출처: 한경헬스