[바이오NOW] 'mRNA' 백신, 대체 어떤 원리일까

단백질 설계도 전달하는 '전령' 역할
바이러스 '껍데기' 설계도 넣으면 '연습 게임' 가능

몸 속에서 빨리 사라진다는 단점도
지질나노입자·변형 mRNA 통해 극복해내

국내에서도 에스티팜·큐라티스·아이진 등 개발 시도

화이자-바이오엔테크와 모더나가 개발한 mRNA 코로나19 백신 [이미지출처=로이터연합뉴스]

[아시아경제 이춘희 기자] 코로나19 팬데믹(세계적 대유행)을 겪으면서 어느 순간부터 우리 모두가 '메신저 리보핵산(mRNA)'이라는 단어를 알게 됐다. 생물학 교과서에나 쓰여있을 단어이지만 코로나19 백신이 본격적으로 국내에 들어오면서부터는 어느새 일상생활에서도 쓰이게 됐다. 하지만 정작 생소한 개념이다보니 mRNA가 어떻게 우리 몸 속에서 작용하는지는 아직도 잘 모르는 경우가 많다.

mRNA는 '메신저(전령)'이라는 이름에서 알 수 있듯이 정보를 전달하는 역할을 한다. 단백질이 만들어지기 위해서는 특정 단백질을 만드는 DNA의 설계도(유전 정보)가 세포 핵 내부에서 mRNA로 옮겨지는 '전사' 과정이 우선 일어나야 한다. 전사를 거친 mRNA는 이 유전 정보를 가진 채로 핵 바깥 세포질에 있는 리보솜으로 들어간다. 여기에 운반RNA(tRNA)가 mRNA의 염기서열에 맞는 아미노산을 가져와 이어붙이면 단백질이 만들어지게 된다. mRNA가 일종의 설계도를 우리 몸 속에 퍼뜨리는 역할을 하는 것이다.

사실 인간 게놈지도가 만들어지기 전만 해도 인간의 몸을 구성하는 모든 단백질은 DNA가 갖고 있는 유전정보를 토대로만 만들어지는 것으로 여겨졌다. mRNA는 정말 그대로 DNA의 정보를 전달하는 것으로만 여겨진 것이다. 하지만 이후 RNA가 독자적으로 유전자 변형을 일으킨다는 것이 알려졌다. 전사 과정에서 DNA에 없던 새로운 변이가 만들어지거나 염기의 순서가 바뀌면서 새로운 설계도가 생기는 것이다.

이러한 mRNA를 통해 백신을 만들겠다는 생각이 나온 건 어찌보면 당연한 발상이었을지도 모른다. 실제 바이러스가 아닌 바이러스 껍데기의 설계도를 담도록 조작한 mRNA를 미리 인체에 집어넣어 놓으면 되기 때문이다. 이렇게 되면 유사하게 생긴 스파이크 단백질(항원)이 우리 몸 안에서 생산되고, 이를 적으로 인식해 우리 몸은 면역체계를 작동해 이를 제거한다. 이러한 '연습 게임'이 있다면 나중에 실제 바이러스가 체내에 침입했을 때에도 우리 몸은 이를 토대로 바이러스를 효과적으로 제거하게 된다.

또한 기존의 항체 활용 백신들은 바이러스 껍데기를 실험실 내에서 인위적으로 합성하는 고난도 작업을 거쳐야 했다. 하지만 mRNA 백신은 설계도를 바꾼 mRNA를 넣으면 된다. 여기서 mRNA의 가장 큰 장점이 탄생한다. 한번 개발 원리만 완전히 정립되면 신종 바이러스가 나타나더라도 그 유전자만 추출해내면 빠르게 신종 백신을 개발할 수 있다는 점이다. 이 발상을 1976년 내놨던 사람이 카탈린 카리코 펜실베니아대 교수다. 바이오엔테크 부사장으로 화이자와의 mRNA 코로나19 백신 공동 개발을 이끌었다.

[이미지출처=연합뉴스]

하지만 이 같은 mRNA 백신 구상에는 큰 단점이 있었다. 조작된 mRNA를 어떻게 우리 몸 속에 효과적으로 퍼뜨리는기 어렵기 때문이다. mRNA를 몸 속에 넣는 것은 '연습 게임'을 하기 위함인데 가상 적군을 만들어내기도 전에 mRNA가 지나치게 빨리 몸 속에서 사라져 버리고 말았기 때문이다.

이는 mRNA 백신 접종 초창기 나왔던 'mRNA 백신을 맞으면 우리 몸 속의 DNA에도 영향을 미쳐서 영구적 부작용이 있을 수 있다'는 이야기가 학계에서 터무니없는 이야기로 받아들여진 이유기도 하다. 세포 핵 내부로 침입하기도 어렵고, 빠르게 소실되기 때문이다. 하지만 이는 코로나19 이전까지 상용화된 mRNA 백신이 전무할 정도로 mRNA 백신 개발에 가장 큰 걸림돌이었다.

하지만 '지질나노입자(LNP)' 기술이 개발되면서 mRNA 기술은 큰 변화를 맞는다. 로버트 랭거 매사추세츠공과대(MIT) 교수가 개발해낸 LNP 기술은 mRNA를 LNP로 감싸 세포 안으로 안전하게 넣고, 가상 적군을 만들 수 있을 정도의 시간까지는 생존할 수 있도록 하는 기술이다.

또 카리코 교수는 드류 와이스먼 펜실베니아대 교수와 함께 2005년 변형 mRNA를 개발해내는 데 성공했다. 면역 체계가 mRNA가 가상 적군을 만들어내기도 전에 mRNA를 없애지 않도록 면역반응을 없애는 방법을 만들어낸 것이다. 우리 면역체계가 특정 RNA를 인식해 제거한다는 점을 알아내 이를 회피할 수만 있다면 mRNA에 대한 공격을 막아낼 수 있다는 아이디어였다.

변형 mRNA 기술을 공동 개발한 카탈린 카리코, 드류 와이스만 펜실베니아대 교수(사진 왼쪽부터)

이 같은 아이디어들은 코로나19를 맞이하면서 급격히 현실화된다. 카리코 교수가 합류한 바이오엔테크는 화이자와 손잡고 세계 최초로 긴급사용승인을 받은 mRNA 백신을 만들어냈고, 랭거 교수 역시 mRNA 전문 기업 모더나를 공동창업하고 mRNA 백신 개발에 성공했다.

양사는 코로나19 백신 개발에 그치지 않고 다양한 mRNA 백신 개발을 추진하고 있다. 모더나는 코로나19 외에도 계절성 독감, 호흡기세포융합바이러스(RSV)를 동시에 예방할 수 있는 백신을 개발하고 있다. 화이자-바이오엔테크 역시 대상포진 mRNA 백신에 대한 임상시험을 올해 안에 시작한다는 구상이다.

국내에서도 mRNA 백신 개발을 위한 시도가 이어지고 있다. 에스티팜은 최근 mRNA-LNP 기반의 코로나19 백신 'STP2104'의 임상 1상 계획을 승인받고 조만간 임상에 진입할 예정이다. 개발을 위해 지난해 6월 'K-mRNA 컨소시엄'을 꾸리기도 했다. 한국혁신의약품컨소시엄(KIMCo)이 주축으로 한미약품·GC녹십자가 모여 결성됐다. 한미약품은 코로나 바이러스의 스파이크 유전자(DNA)를 합성하고, GC녹십자는 완제품 생산을 맡는다. 지난해 9월에는 전문의약품 개발업체인 동아에스티와 바이오 원부자재 업체 이셀도 컨소시엄에 합류했다.