코로나-19(COVID-19) 백신의 종류와 사용현황, 문제는 없나? > News Insight

코로나-19는 2021년 3월18일 현재, 전 세계 220개국에 121,899,045명이 확진되었고, 사망자는 2,694,419명으로 치사율이 2.21%에 달하고 있다. 우리나라도 97,294명이 확진되었고 이중 89,178명이 사망하여 치사율이 1.73%에 달하고 있어 전 세계인이 감염 공포에 떨고 있다. 

이런 코로나-19 바이러스의 공포에서 벗어나는 길은 2가지 있는데, 첫 번째 방법은 완벽한 치료제를 개발하여 빠른 속도로 코로나-19 바이러스 병에 걸린 환자를 치료하는 것이고, 두 번째 방법은 효과적인 백신 개발로 완벽한 예방을 하는 방법이다. 수없는 노력에도 불구하고 , 아직 까지는 가시화되는 적절한 치료제 개발에는 시간이 필요하다. 

뛰어난 21세기 과학기술은 아주 빠른 속도로 예방백신 개발에 대한 뉴스를 접할 수 있고, 현재 사용하고 있는 대표적인 코로나-19 백신은 화이자(Pfizer, BioNTech)의 BNT16b2, 모데나(Moderna)의 mRNA-1273,  아스트라제니카 (AstraZeneca)의 ADZ1222가 주를 이루고 이외 시노백(중국), 이노비오(미국), 노바백스(미국), 스푸트니크V (러시아)등 백신들이 코로나-19 백신 국제시장 점유에 최선을 다하고 있다. 

백신 접종을 실용화하기 위해서는 부작용을 최소화하고 확실한 예방 효과가 있으며, 대량생산과 대량 유통이 가능하여야 하는 4가지 최소조건을 충족하여야 한다. 인체의 초기임상에서 백신을 통해서 만들어진 항체가 바이러스 감염을 막고 인체 내에 바이러스 인지 T-세포가 감염된 세포를 파괴할 수 있으면서 심각한 부작용이 없으면 가능하다. 현재, 사용인증을 받은 모데나, 화이자, 아스트라제네카 백신을 중점으로 본고에서 이야기하고자 한다. 

혁신적 백신의 제조기술 발전

가장 전통적인 백신 제조는 병원균을 사멸시켜서 병원성을 없앤 후 사멸된 병원균을 주사하는 사(死)백신(Inactive Vaccine)인데, 죽은 병원균의 표면이 항원으로 작동하여 면역 방어 역할을 하는 방법으로 코로나-19의 중국 백신 시노백이 좋은 예이다. 

약독화 백신(Live attenuated Vaccine)은 살아있는 병원균의 병원성을 없애고 백신으로 사용하는데, 코로나- 19에서는 위험성이 커서 사용되지 않았다.

 단백질 조각 백신(Protein subunit Vaccine)은 병원균의 껍질에 있는 단백질 및 당의 조각을 유전자 조작하여 대량생산하는 방식으로 미국 노바백스(임상 3상), 우리나라 SK 바이오사이언스(임상 1상)가 이 기술로 코로나-19 백신을 개발하고 있다. 

DNA백신, RNA백신은 병원균의 항원(코로나-19 바이러스의 인체 침입주도 단백질인 스파크(Spike))단백질을 만드는 DNA나 RNA를 인체에 주사하면 인체 내에서 스스로 스파크 단백질을 만들어 백신으로 사용한다. 

코로나-19 바이러스의 스파크 단백질을 원형구조의 플라스미드(Plasmid)에 실어서 인체에 주입하는 DNA 백신의 예로는 우리나라 진원생명과학(임상 1/2a상), 제넥신, 이노비오(미국)을 대표적인 예로 들 수 있다. 

핵의 유전정보(DNA)가 인체 세포 내 단백질 공장인 리보좀(Ribosome)으로 이동하여 정보를 전달하는 mRNA(messenger RNA)을 인공으로 만든 지질나노입자(Lipid nanoparticle)속에 넣어서 보호 옷을 입히고 인체에 주사하면 인체 세포공장에서 바로 스파크 단백질을 만들어 백신하는 방법을 mRNA 방법이라 하고 이번에 모데나와 화이자에서 만든 코로나-19 mRNA 백신을 만든 방법이다. 

최근에 사용하기 시작한 바이러스 벡타 백신(Virus Vector Vaccine)은 아데노 바이러스(Adenovirus)나 렌티바이러스(Lentivirus)같은 바이러스의 껍질에 코로나-19 스파크 단백질의 유전자를 넣고서 주사하면 바이러스 껍질 속 스파크 단백질 유전자가 인체 내에서 스파크 단백질을 만들어 백신 항원으로 사용하는 방법인데 가장 큰 장점은 바이러스의 변이가 생겨도 변이된 유전자 서열만 바꾸어 주면 곧바로 변이 바이러스에 대응한 새로운 백신을 만들 수 있다는 점이다. 

이번 아스트라제니카에서 만든 백신은 침팬지 감기바이러스인 아데노바이러스 껍질에 코로나-19 스파크 단백질 유전자를 주입하여 만든 백신이다. 

이외 가말레아(러시아), 캔시노(중국), 존슨앤존슨(임상 3상), 국내 LG화학(임상 1상)이 바이러스 벡타 백신 방법으로 개발하고 있다. 

이번 코로나-19 백신 제조기술들은 최소한 10년 이상 걸리던 백신 개발을 불과 1-2년 사이에 개발 성공한 획기적 기술이다. 또한, 모데나나 화이자에서 만든 mRNA백신은 세계에서 처음으로 상용화되는 기술임에도 불구하고 아주 짧은 시간에 성공적인 백신 개발이 가능했던 것은 그동안 축적된 기초기술 덕분이다. 진보된 아주 빠르고 저렴한 유전체분석 기술과 실제 눈으로 볼 수 있는 획기적 단백질의 3차 구조 결정할 수 있는 CryoEM과 같은 기초기술 덕분에 기능하였다. 미래에 발생할 수 있는 새로운 질병도 이제 짧은 시간 내에 해결 할 수 있을 가능성이 커 미래의 질병 위험을 대처할 수 있는 획기적인 혁신기술로 평가한다. 

모데나, 화자, 아스트라제네카 백신의 비교  

모데나와 화이자 백신은 코로나-19 바이러스의 항원인 스파크 단백질인 mRNA를 인공으로 만든 지질 나노입자에 넣어서 인체에 주사하는 데 비해, 아스트라제네카는 코로나-19 바이러스의 스파크 단백질 유전자(DNA)(ChAdOx1)를 침팬지 감기 바이러스인 아데노바이러스를 변형한 벡타에 삽입하는 방식으로 만드는 방식으로 매우 다르다. 

지질나노입자에 mRNA를 넣으면 지질나노입자와 mRNA는 모두 열이나 충격에 쉽게 파괴될 수 있어서 극히 낮은 온도(- 70, -20℃)에 제조 및 보관하기 때문에 공정이 까다롭고, 유통 및 관리 비용도 비싸다. 

하지만, 아스트라제네카가 사용한 바이러스 벡타 백신 방법은 안전하게 변형된 아데나바이러스 벡타에 항원인 스파크 단백질 유전자를 삽입하기 때문에 제조공정 및 유통 시 마찰이나 충격에 비교적 안정하여 취급이 까다롭지 않고. 저온(2~8℃)에서 제조할 수 있을 뿐만 아니라 유통도 6개월 이상 보관할 수 있는 장점이 있다. 이런 이유로 아스트라제네카가 만든 백신은 모데나나 화이자의 백신에 비해 아주 낮은 가격으로 공급할 수 있어서 실제 백신 공급가격은 1차 및 2차의 2번의 주사 시, 화이자가 39 US$(42,000 원), 모데나가 62 US$(70,000 원)이고, 아스트라제니카는 불과 5.8 US$(6,600 원)이다. 

또한, mRNA를 지질나노입자에 넣어서는 체내로 보내면 생체 단백질 공장에 가기 전에 파괴가 될 수 있어서 백신으로 효과가 떨어질 것이고 AZ백신은 스파크단백질 유전자를 삽입하여 주사하면 쉽게 인체에서 스파크 단백질을 만들어 높은 면역 예방율이 있을 것으로 필자 개인적으로 예상했지만 결과는 달랐다. 

전 임상시험에 참여한 최종 임상자 수는 화이자가 4만4천 명, 모데나가 3만 명, 아스트라제니카가 2만3천 명이고 실험한 결과, 오히려 화이자와 모데나는 전 인체 임상시험에서 각기 90%, 94.5%, 라는 놀라운 예방률을 보이지만 아스트라제니카는 70.5%로 모데나와 화이자보다 낮은 예방률을 보였다. 하지만, 아스트라제니카도 1차 투여 시 투여량을 저용량(일반용량의 50%)을 주사하고, 2차 투여 시 일반용량(100%)을 주사한 결과는 90%의 예방률을 나타낸다고 보고(Lancet, V397(2021))하였지만, 아직은 이해할 만한 더 많은 연구가 필요하다. 일반 독감백신의 예방률이 40~60%인 점을 생각하면 모데나, 화이자, 아스트라제네카 3개 사 모두 대단히 만족한 백신 성적을 얻어서 아주 높게 평가를 받고 있다. 

코로나19 백신에 대한 불안감 

 임상시험 시 부작용으로는 화이자가 고열, 쑤심, 메스꺼움 등이 나타나고, 모데나는 접종 부위의 고통과 함께 근육통과 두통, 발열이 보고되고 있고, 아스트라제네카는 비슷한 증상과 함께 영국 임상시험 참가자 중 한 명이 횡단 척수염이라는 척추염증 장애가 발견되어 영국을 비롯한 다른 지역의 임상시험이 잠정 중단된 바가 있다. 그러나 영국 의약품 건강관리제품 규제청(MHRA)은 척추염증 장애와 백신과 연관성이 없거나 백신과 관련이 있는 것인지 아닌지 확신할 만한 증거가 부족하다는 독립적 검토로 안전하다고 승인을 해 임상시험이 재개된 바가 있다. 

아스트라제네카 백신에 대한 혈액 응고(혈전)에 대한 부작용 의심 사례가 보고되면서 독일, 프랑스, 이탈리아, 스페인, 포르투칼 정부는 3월 15일(2021)에 아스트리카제네카 백신의 접종을 일시 중단하였고 연이어 전 세계 20여국이 일시 백신 접종을 중단하였는데, 3~4일의 검정을 통해 독일, 프랑스, 이탈리아, 스페인은 현재 아스트라제니카 백신 백신 접종을 재개(2021.3.19.)하였다. 

우리나라 경우도 2월 26일부터 백신을 시작한 이래 약 621,734명이 백신( 57만 명 이상이 아스트라제네카 백신을 3만 명 이상이 화이자 백신)을 맞았는데 현재 9.008명이 접종 이상 반응을 신고했는데, 이중 아스트라제네카가 8,876명, 화이자가 121명이 이상 보고(중앙일보 3월18일)하였다. 상대적으로 아스트라제네카 백신을 맞은 사람 수가 월등히 많아서 이상 증상 신고가 많은 것으로 보이고 99% 이상이 경증이고, 사망이 16명인데 접종과 관련성이 낮고 기저질환 때문으로 판단하여 정부는 계속 아스트라제네카 백신 접종을 계속하기로 하였다. 

코로나-19 백신이 이렇게 부작용 사례로 혼란을 주는 이유는 아마도, 코로나-19 감염병 세계적 유행(Pandemic) 상태에서 약효를 조사하는 임상 2상까지는 잘 이루어졌더라도 부작용을 조사하는 임상 3상을 장기간 조사를 하지 못한 상태에서 긴박한 세계 코로나-19 펜데믹 상황을 해결하기 위한 FDA에 긴급사용승인(Fast track)한 것과도 관련이 있을 것으로 추정한다. 

우리나라는 안동 SK 바이오사이언스에서 150만 명분의 아스트라제네카 백신이 이미 확보되었고, 올해 6월까지는 600만 명분이 확보될 예정이다. 하지만, 3월 23일부터는 65세 이상 국민이 백신을 맞을 예정인데, 60대 요양병원 환자의 백신 후 혈전은 접종과 관련성이 낮고 다른 기저질환으로 사망하였다고 보고되고 있지만 면밀한 검토가 필요하다. 더구나 3월 18일(2021) 코로나19예방접종대응 추진단에 국내 20대 남성이 접종 후 혈전 이상 반응을 신고하였고, 기저질환이 없었다고 주장하는 20대가 아스트라제네카 백신을 맞고 척수염이 걸렸다고 한 청와대 청원(Newsis, 2021.3.10.) 등에 많은 사람이 불안해하고 있다.

 코로나19 백신 계획에 대해서 일시 중단을 발표한 3월 15일 독일, 프랑스, 이탈리아, 스페인 정부가 조사 및 검토한 후 3월 19일 재개한 사례처럼 중간 빠른 새로운 점검과 빠른 후속 조치가 필요한 시점이다. 하지만, 여러 나라는 지긋지긋한 코로나-19로부터 하루라도 빨리 벗어나서 경제활동을 하기 위해 전체인구의 60% 이상이 예방 접종을 받아 면역이 생기는 집단면역을 유도하려고 노력하고 있다. 

 현재 우리나라(남한) 인구 5,182만 명(2021.3.18.)을 기준으로 보면 최소 3,100만 명 이상이 접종을 받아야 60%가 되는데 이렇게 집단면역을 달성하기에는 아직도 갈 길이 멀다. 또한 집단면역에 대한 비율도 각기 질병마다 달라서 홍역의 경우는 90%, 계절 독감은 30~40%, 코로나-19는 신종 감염병이기 때문에 70~80%라는 전문가 추정이 있지만 불확실하여 집단면역보다는 빠른 치료약 개발이 절실하다. 

또한, 남아프리카 공화국에서 변이한 바이러스는 스파크 단백질의 484번째 아미노산의 글루탐산(Glutmic acid, E)과 리신(Lysine, K)(G487L)으로 단지 한 개 아미노산이 바뀌면서 전파속도가 빨라지고 현재 백신으로는 효과가 크지 않는 경우와 같이 코로나-19 바이러스가 계속 적인 변이가 일어날 수도 있다고 경고하고 있다. 어쩌면 백신을 일상적으로 맞아야 하거나 기존 개발된 백신을 보강한 부스터 샷(Boost shot)을 일상적으로 맞아야 할 수도 있다고 화이자의 최고경영자 앨버트 부를라와 영국 코로나-19 유전체 컨소시움(COG-UK) 샤론 피콕 국장이 말하고 있다. 

이런 점에 대해서 하버드 의대와 MIT 연구팀은 전파속도가 현저히 빨라지고 개발된 백신의 항체 효과가 현저히 저하되는 새로운 변이 바이러스의 등장으로 어쩌면 새로운 백신을 평생 맞아야 할 것으로 본다고 걱정을 하고 있다. 아울러, 하버드 의대 블라바트닉 연구소(Cell, 2021. 3.16)는 코로나 전략으로 “변이에 앞서는 대응” 으로 신종 코로나 스파크단백질 변이 동향 감시 체계와 변이에 영향이 적은 표적이용 항체 치료제와 백신 개발하고 장기적으로 항체면역을 뛰어넘어 T세포 중심 세포면역(Cellular immunity) 체계 개발로 연구방향의 전환을 제시하고 있다.

맺음말

  코로나-19의 대혼란은 2019년 12월 12일 중국 우한에서 시작된 이래 1년 3개월이 지난 현재까지 전 세계는 약 1억2천만 명 이상의 확진자가 발생하였고 사망자는 약 270만 명에 달하여 2.21%의 치명률을 나타내고 있는데다 지금도 진행하고 있어서 걱정스럽다. 

인류가 지금까지 개발된 백신 중 가장 빠른 시간에 산업적으로 최초로 만들어진 mRNA 백신은 다소의 부작용은 있지만, 코로나-19 펜데믹에 빠진 세계인에게 빠른 시간에 성공적으로 감염예방이 이뤄지게 했을 뿐만 아니라 앞으로 발생할 수 있는 신 감염병을 막을 수 있는 희망의 상징이기도 하다. 

코로나-19로부터 빨리 벗어나기 위한 집단면역에 집중하는 것도 중요하지만 어차피 현재 백신 접종 현황도 우리나라는 64만 명 이상이 접종을 받았지만, 국민 60%인 3,000만 명 이상이 백신 접종을 받아야 집단면역에 도달하는데 필요한 백신을 확보하려면 아직은 시간을 필요로 하므로 지금까지 우리의 노력을 바탕으로 새로운 점검과 대책을 만들어 국민을 안심시킬 필요가 있다. 

 우선, 부작용에 대해서 면밀한 원인 파악과 대책 마련으로 새로운 기술진화의 기회로 삼아야 하고, 빠르게 변이되는 병원성 바이러스를 해결할 수 있는 연구와 대책을 마련하기 위한 단기적인 대책과 장기적인 대책을 동시에 수립해 나가야 할 때가 왔다. 특히, 우리나라에서도 개발하고 있지만 아직은 완전히 성공하지 못한 치료제(셀트리온, GC녹십자, 종근당, 대웅제약 등)와 백신 개발(제넥신, SK바이오 사이언스, LG 화학, 진원생명과학, 셀리드, 아이진 등)에 최선을 다하여 예방과 치료를 함께 한다면 코로나-19의 공포에서 벗어날 수도 있을 것이다. 

빠른 변이 바이러스에 대한 대책과 부작용에 대해서 대책은 물론 지극히 불편하기는 하지만 마스크, 손 세척, 사회적 거리두기와 같은 위생개념을 지키면서도 아주 큰 폭으로 발생하는 국가 경제적 손실을 줄이는 방책을 만들어 실천하는 것도 매우 소중하다고 생각한다. 그동안 코로나-19 퇴치에 참여하고 후원하신 많은 의료인의 노력과 희생에 감사드린다.

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