"100% 생존률 백신 개발한다"

최근 홍콩에서 코로나19 오미크론 변종 바이러스로 인한 사망자가 급증하면서 팬데믹 대응을 위한 백신 대응체계의 중요성이 다시금 주목받고 있다.

이런 가운데 기초과학연구원(IBS) 한국바이러스기초연구소 신변종 바이러스 연구센터가 차세대 백신 플랫폼 ‘KE-VAC’의 장기적 면역효과를 입증, 새로운 백신전략을 마련해 눈길을 끈다.

이번 연구를 주도한 김재무 박사후연구원은 KE-VAC이 코로나19 변이 바이러스는 물론, 인플루엔자, 중증열성혈소판감소증후군(SFTS)에도 탁월한 면역능력을 확인했다.

KE-VAC은 체내에서 백신을 장기간에 걸쳐 서서히 방출함으로써, 자연 감염과 유사한 방식으로 면역체계를 자극해 백신 효능을 오랫동안 유지할 수 있다. 이번 연구에서 김 연구원은 고위험 병원체 감염 동물모델에 KE-VAC을 접종한 후 장기적인 중화항체 반응과 T-세포 및 B-세포의 항원 특이적 활성을 정밀 분석했다.

실험 결과, KE-VAC을 접종한 동물모델은 최대 18주 이상 항체를 유지했고, 특히 SFTS 바이러스 조건에서 100% 생존율을 기록했다.

이는 기존 mRNA 백신 대비 뛰어난 면역 지속성과 변이 바이러스에 대한 방어력 측면에서 기존 백신의 한계를 극복한 성과로 평가된다.

김 연구원은 “이번 연구성과는 앞으로 출현할 다양한 바이러스에 대응할 수 있는 백신 어쥬번트(면역 보조제)로써 의미가 크다”라며 “향후 바이러스 감염면역과 깊이 연구해 신체의 최적 반응을 유도하는 백신을 개발하고 싶다”고 밝혔다. 다음은 김 연구원과의 일문일답.

Q. 자기소개 부탁드립니다.

안녕하세요. IBS 한국바이러스기초연구소 신변종 바이러스 연구센터에서 박사후연구원으로 면역학을 연구하고 있는 김재무입니다. 저는 고등학생 때부터 면역이나 백신에 관심이 많았어요. 그래서 학부는 당연히 생명공학과를 선택했고, 대학원에서 더 많은 공부를 했고요. 박사학위를 받은 후 IBS의 최영기 한국바이러스기초연구소장님 연구팀에 합류했습니다.

Q. 학생 때부터 면역에 관심이 있었다는 게 특이하네요.

고등학교 때 생물을 좋아하면서 자연스럽게 관심이 생겼고, 학부에서 본격적으로 면역학을 배우면서, 우리 몸이 ‘나(self)’와 외부(non-self)’를 구분해 나와 다른 것을 방어하는 면역 체계의 원리에 매료됐습니다. 면역반응은 복잡하면서도 일정한 원리에 따라 단순하게 작동하는 점이 무척 흥미로웠습니다. 제가 특히 백신연구를 선택한 이유는 과학기술이 아무리 발전해도 바이러스는 박멸할 수 없고, 장래 발생할 감염병을 미리 준비하는 것이 중요하기 때문입니다.

Q. 신변종 바이러스 연구센터 어떤 곳인가요?

신변종 바이러스 연구센터는 이름 그대로 바이러스의 관한 기초 연구를 수행합니다. 코로나19 같은 변종이 많은 바이러스나 앞으로 발생 가능한 바이러스의 특성을 연구하고, 바이러스 병원성을 분석해 치료제 및 백신 개발에 중요한 역할을 하고 있습니다.

특히, 고위험 병원체나 바이러스를 안전하게 연구할 수 있는 생물안전 3등급 ‘ABSL-3(Animal Biosafety Level 3)’ 실험실을 갖추고 있어 다른 기관이나 대학이 수행하는 연구에도 큰 도움을 주고 있습니다.

Q. 코로나19 이후 바이러스 분야 연구동향은?

코로나 대유행 이후 바이러스와 백신에 대한 관심도가 크게 높아졌지만, 시간이 지나면서 점점 잊히고 있습니다. 하지만 연구자 입장에서 볼 때 앞으로 환경변화로 인한 신종 바이러스가 출현할 가능성이 높습니다. 지금 우리나라에 없는 댕기바이러스, 치쿤구니아바이러스, 지카바이러스 같은 것들이 발생할 수 있고, 이러한 위험에 미리 대비할 필요가 있습니다.

Q. KE-VAC 백신 연구는 어떤 특징이 있나요?

KE-VAC은 자연 감염과 유사한 면역자극을 유도하는 차세대 백신 플랫폼인데요. 이 기술은 성균관대 임용택 교수팀의 TLR7/8 작용제 기반 암 백신 어쥬번트를 바탕으로 개발했습니다. 이 백신은 ‘동역학적 면역반응 지속(Kinetic Engineering)’과 ‘알럼(alum, 알루미늄 화학물)의 항원 노출의 지속성’이라는 두 가지 특성을 가지고 있습니다. 쉽게 말해 성분이 몸속에서 서서히 방출되면서 효과를 오래 발휘토록 하는 기술입니다. 이 기능을 바이러스 백신에 적용해보자는 생각에 시도했는데, 예상보다 뛰어난 효과를 확인할 수 있었습니다. 이 기능은 코로나19를 비롯해 독감과 SFTS 같은 고위험 바이러스에도 좋은 결과를 보였습니다.

Q. 기존의 백신과 어떻게 다른지 원리가 궁금하네요?

백신을 주사하면, 외부 항원을 감지해 면역계를 활성화시키는 수지상세포가 주사 부위에서 백신 성분을 침입자로 인식해 대식작용을 통해 처리한 뒤림프절로 이동합니다. 그리고 림프절의 T-세포와 B-세포에게 항원이 전달되면 항원 특이적으로 활성화돼 본격적인 면역반응을 일으킵니다. 이 과정에서 일부는 기억세포로 남아 장기 면역을 형성하는 것이죠. 좋은 백신은 이렇게 형성된 기억이 오래 지속되는 것이 핵심입니다. 하지만 백신이 액체 상태로 주입되면 체내에서 빠르게 확산되고 희석되어 면역 효과가 짧게 지속되는 한계가 있습니다. 예를들어, mRNA 백신은 대량생산에는 강점이 있지만, 접종 후 백신 효능이 보통 6개월에서 1년 정도로 비교적 짧게 지속됩니다.

Q. KE-VAC이 천천히 방출되는 기술적 특성은 무엇인가요?

KE-VAC은 백신 항원과 알럼과 TLR7/8 수용체를 합쳐 나노입자를 만들어요. 나노입자로 만들면 면역세포 인식률과 반응성이 높거든요. 또 끈적한 점성을 지닌 알럼은 몸에 들어가면 서서히 용해되면서, 그 안에 품고 있는 작용제와 항원제를 장기간에 걸쳐 방출합니다. 이때 바이러스나 박테리아의 크기를 모방해 면역세포가 잘 인식토록 설계했습니다. 때문에 몸이 이를 계속 기억하면서 항바이러스 효과를 지속할 수 있습니다.

Q. 실제 효과는 어떻게 도출됐나요?

동물실험 결과, KE-VAC은 여러 고위험 바이러스 방어 효과가 매우 뛰어났습니다. 변종 코로나19와 다양한 아종 인플루엔자를 대상으로 좋은 결과가 나왔고요. 특히 SFTS 대상 실험에서 항체가 18주 동안 유지되며 감염실험에서 100% 생존율을 기록했습니다. 분석 결과, 항원 특이적 기억 T-세포와 B-세포의 활성이 높게 나타났는데요. 특히 인체에 사용하는 백신을 접종했을 때 면역 효능이 크게 증강되고, 매우 높은 생존율을 보였습니다.

Q. KE-VAC의 개발 의미는 무엇인가요?

지난 코로나19 팬데믹 때 mRNA 백신이 등장하면서 전통 백신기술을 대체할 것으로 보였는데, 실제 효능에서는 전통 백신이 더 우수함이 확인됐습니다. mRNA 백신은 단시간 대량생산이 장점이지만, 면역 지속력 효능이 오래 유지되지 못하고 변이 바이러스에 대한 대응력이 떨어지는 한계가 있습니다.

때문에 KE-VAC의 오랜 지속성과 확장성이 mRNA 백신의 단점을 보완하면 인류의 감염병 대응능력이 한층 높여 과거처럼 큰 피해를 막을 수 있을 것으로 기대됩니다.

Q. 연구 중 기억에 남는 에피소드는?

고위험 바이러스를 다루는 ABSL-3 구역은 안전보호구를 빈틈없이 착용합니다.
그러면 굉장히 답답하기도 하지만, 한 번 실험하면 보통 4~5시간을 그대로 있어야 해서 급한 생리현상과 해야할 실험 사이에서 갈등하기도 했습니다.(웃음).
마침 제가 화학병과 출신이라 군대에서 보호구 착용을 수도 없이 했었거든요. 뭔가를 뒤집어쓰는 일과 인연이 깊다는 생각도 들었습니다.

Q. 앞으로 어떤 연구를 하고 싶나요?

예전에는 백신 개발과 효능평가 연구를 하고 싶었는데, 그동안 연구소에서 감염면역 연구를 진행하면서 많은 흥미를 느끼고 있습니다. 그래서 바이러스에 대한 감염면역과, 이를 통해 밝힌 결과를 백신에 직접 적용하는 연구에 관심이 많습니다.

바이러스로 나타나는 제각각의 면역반응을 이용해 백신을 만들면 더 효율적이지 않을까 생각하기 때문입니다.

바이러스를 방어하기 위해 몸이 최적화 반응토록 면역반응을 유도하는 백신으로 개발하고 싶습니다.