유전공학의 결정체, COVID 19 백신의 원리 - AstraZeneca, Pfiza, Modena

우리는 언제나 그래왔듯이 답을 찾을 것이다.

 인터스텔라(interstellart) 영화에서 나오는 명언입니다.  "우리는 답을 찾을 것이다. 언제나 그래왔듯이"

 

 1866년 유전학의 아버지라고도 불리는 멘델은 1866년에 완두의 교배 실험에 관한 논문 〈식물 교잡에 관한 실험〉(독일어: Versuche über Pflanzen-Hybriden, 영어: Experiments on Plant Hybridization)을 발표하였습니다. 이로부터 154년 후인 2020년 드디어 인류는 DNA, mRNA 등의 발견하고 드디어 COVID-19라는 새로운 도전을 맞이하여 그 동안의 유전공학 결정체로서, 아스트라제네카, 화이자, 모더나 등의 mRNA 백신을 만들어 내게 되었습니다.

DNA의 발견 - 1869년, 1953년

 

 DNA는 1869년 스위스의 프리드리히 미셔가 처음 발견했습니다. 그리고, 1944년 오즈월드 에이버리가 DNA가 유전물질임을 확인하였고, 1952년 앨프리드 허시(Alfred Hershey)와 마사 체이스의 허시-체이스 실험으로 검증되었습니다.

 

 1953년 DNA의 이중나선 구조는 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 1953년 4월 25일 네이처지에 실은 논문에서 처음으로 밝혔졌습니다.

 

 

 DNA는 지구상의 생물체 세포의 모든 정보가 담긴 인체 유전자 정보로서, 지구상의 생물의 전체 설계도라고 할 수 있습니다. 우리 인체의 모든 세포들은 핵에 DNA를 가지고 있습니다. DNA에 의해서 인체를 이루고 있는 단백질, 즉, 근육, 피부, 머리카락 등이 만들어집니다.

 

그런데, 인체의 특정 부분은 DNA 중에서 그 특정 부분의 해당하는 단백질로만 만들어집니다. 즉, 머리카락, 피부, 치아, 각막, 근육 등 각각 부분에 해당하는 단백질로만 이루어집니다.

 

 이렇게 인체의 모든 세포의 설계도라고 할 수 있는 DNA에서 인체의 특정 부분에 해당하는 단백질을 만들게 하는 것이 mRNA로서, mRNA는 DNA의 인체 세포의 모든 정보가 담긴 인체 유전자 정보(전체 설계도)에서 인체 세포 중 필요한 부분의 단백질을 만들어 내기 위한 부분 설계도라고 할 수 있습니다.

mRNA의 발견 - 1958년

 1958년 크릭은 ‘센트럴 도그마(central dogma)’라는 가설을 내놓았는데, 문자대로 해석하면 ‘분자생물학의 중심원리’라는 뜻으로, 센트럴 도그마 가설에 따르면 DNA의 유전정보는 RNA를 거쳐 단백질로 전달되며, 그 반대 방향으로는 전달되지 않는다는 것으로, 이에 대한 증명은 10년이 넘은 후에 이루어졌다고 합니다.

 

COVID 19 바이러스의 RNA

 

 SARS-CoV-2(Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2)는 COVID 19 바이러스로서, 바이러스를 이루고 있는 단백질에 대한 전체 설계도인 단일가닥의 RNA를 유전자로 가지고 있습니다.   

 

spike S 단백질 부분의 mRNA으로 백신을 만듭니다.

 

 기존의 백신은 생백신과 사백신 두 종류입니다. 기존 생백신이나 사백신의 경우, 세균이나 바이러스 등 전체 균주를 주입하는 방식을 가졌지만, 이번에 화이자제약이나 모더나가 개발에 성공한 차세대 유전공학 백신(Genetic engineering vaccine)은 이제까지는 시도해보지 않았던, mRNA 성분을 이용하는 백신입니다.

 

 즉, 기존의 백신들은 죽거나 약해진 바이러스를 몸에 주입해 이에 저항하는 항체를 만들어내는 방식이지만, mRNA 방식의 백신은 코로나19 바이러스의 표면에 뾰족뾰족 돌기처럼 솟아있는 일명 '스파이크 단백질(S-protein)'이 인간 세포표면의 수용체인 'ACE2'와 결합해 문제를 일으키게 되는 것에 착안하여, 코로나19 바이러스의 이러한 스파이크 단백질을 만드는 mRNA 성분을 변형시킨 백신입니다. 바이러스 표면에 쇠뿔 모양의 돌기인 단백질, 즉 스파이크 성분을 체내에 미리 만들어 바이러스에 대한 면역력을 생성하게 하는 원리입니다.

 

 코로나 19 바이러스의 외가닥 RNA는 바이러스를 이루는 단백질의 모든 정보가 담긴 전체 설계도로 볼 수 있는데, 이중에서, 코로나 19 바이러스의 외부 돌기를 이루는 S 단백질을 만들어 내는 RNA의 일부만을 이용하여 백신을 만드는 것입니다.

 

 즉, 이러한 코로나 19 바이러스의 외부 돌기를 이루는 S 단백질을 만들어 내는 RNA의 일부만을 우리 세포에 주입하여 우리 몸속의 세포가 코로나19 바이러스의 S 단백질을 만들어내게 되고, 우리 몸의 면역세포는 S 단백질을 가진 우리 몸속의 세포를 코로나 19 바이러스로 인식시키고 기억시켜, 코로나19 바이러스에 대해 면역을 생기게 합니다.

 

 원래 백신이 약하게 하거나 죽인 바이러스를 이용하여 인체의 면역세포들이 이를 이겨내고 기억하게 하여 면역력을 만드는 것과 달리, AstraZeneca, Pfiza, Modena의 COVID-19 mRNA 백신은, 과학자들이 S 단백질 때문에 인간이 COVID-19에 걸리는 것을 알아내고, COVID-19 바이러스의 S 단백질을 만들어내는 mRNA만 만들어서, 그 mRNA만을 인간의 세포에 주입해 인간의 세포를 이용하여, 면역세포들에게 S 단백질에 대한 면역을 생기게 하는 것입니다.

 

 이러한 mRNA 백신은 유전공학의 결정체로서, 이전의 백신들이 만들어진 원리와 다른 새로운 유형이라고 합니다.

 인류는 COVID-19 라는 새로운 도전에 대한 응전으로 앞으로 암과 같은 불치병에서도 새로운 치료법을 개발하지 않을까 합니다.

 

 

 

참고:

 

www.nytimes.com/interactive/2020/health/pfizer-biontech-covid-19-vaccine.html

How the Pfizer-BioNTech Vaccine Works

www.nytimes.com/interactive/2020/health/oxford-astrazeneca-covid-19-vaccine.html?utm_content=149606584&utm_medium=social&utm_source=twitter&hss_channel=tw-18198832

How the Oxford-AstraZeneca Vaccine Works

www.nytimes.com/interactive/2020/health/moderna-covid-19-vaccine.html

How Moderna’s Vaccine Works

www.hankyung.com/international/article/2020121104667

'美 접종 임박' 화이자 백신 원리는 '세포 모양을 코로나처럼'