코로나19를 유발하는 코로나바이러스는 인류를 파괴한 첫 번째 코로나바이러스가 아니다. 다른 6개의 코로나바이러스가 동물에서 인간으로 옮겨갔고, 그 중 2개(SARS와 MERS)는 심각한 질병을 일으켰다.

미래에 다른 위험한 코로나바이러스를 만날 것이 거의 확실하기 때문에 일부 연구자들은 아직 존재하지 않는 코로나바이러스를 포함하여 모든 코로나바이러스로부터 보호할 수 있는 백신을 개발하여 문제를 앞서기 위해 노력하고 있다.

백신 회피자

바이러스가 감염되면 "항원"이라고 불리는 바이러스의 특정 부분이 면역체계의 주의를 끌게 되어 신체가 해당 바이러스를 인식하고 중화하는 데 도움이 되도록 특별히 고안된 항체와 T 세포를 생성하게 된다.

백신은 감염을 일으키지 않지만 여전히 면역 체계를 촉발시키는 방식으로 항원을 도입한다. 미래에 진짜 바이러스가 당신의 몸에 들어오면, 면역 체계는 감염으로부터 당신을 보호하기 위해 신속하게 공격을 시작할 것이다.

부스터가 사람들에게 도달할 때쯤에는 이미 다른 변형이 증가하고 있을 수 있다.

홍역 백신과 같은 일부 백신은 평생 보호 기능을 제공하지만, 코로나19 예방접종의 경우에는 그렇지 않다. 그 이유 중 하나는 홍역 바이러스와 달리 이 코로나바이러스가 사람에서 사람으로 퍼지면서 정기적으로 새로운 변종으로 변이되기 때문이다.

코로나19 백신에 사용되는 항원인 코로나바이러스 스파이크 단백질의 돌연변이는 우리의 면역 체계가 바이러스를 효과적으로 중화하는 것을 방해하여 감염을 일으킬 수 있다. 이러한 돌연변이가 있는 변종은 더 쉽게 확산되고 이전 변종을 능가할 수 있다.

현재 이 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 계절성 독감 예방 주사와 마찬가지로 최신 변종에 맞게 업데이트된 정기적인 추가 예방 주사를 이용하는 것이다. 그러나 바이러스의 변이 속도가 너무 빨라서 FDA가 표적화할 변종을 결정하고 백신 제조업체가 부스터를 설계, 테스트 및 제조할 때쯤에는 이미 다른 변종이 증가하고 있을 수 있다.

돌연변이를 통한 코로나19의 끊임없는 표류 외에도, 사스(SARS)나 메르스(MERS)와 같은 다양한 코로나바이러스로 인해 동물에서 인간으로 전염될 수 있는 새로운 전염병이 발생할 위험이 항상 존재한다.

보편적 코로나바이러스 백신

계속해서 따라잡는 대신 케임브리지 대학의 연구자들은 보편적인 코로나바이러스 백신을 개발하기를 원한다. 즉, 모든 코로나19 변종뿐만 아니라 모든 코로나바이러스에 효과가 있는 백신을 의미한다.

수석 연구원인 조나단 히니(Jonathan Heeney)는 “자연에는 사고가 일어나기 만을 기다리는 바이러스가 많이 있다.”고 말했다. "우리는 SARS-CoV-2뿐만 아니라 모든 친척들로부터 보호할 수 있는 백신을 만들고 싶었다."

그들이 개발한 백신은 이미 알려진 모든 코로나19 변종을 포함하여 생쥐, 토끼, 기니피그를 대상으로 다양한 코로나바이러스에 대해 강력한 면역 반응을 유도할 수 있는 것으로 입증되었으며 이미 사람들을 대상으로 테스트하고 있다.

백신에 코로나바이러스의 스파이크 단백질과 같은 기존 항원을 사용하는 대신 케임브리지 팀은 합성 생물학 기술을 사용하여 "T2_17"이라는 자체 항원을 처음부터 설계했다.

이 항원이 어떻게 생겼는지 결정하기 위해 그들은 수용체 결합 도메인(RBD)으로 알려진 복제에 필수적인 바이러스의 일부에 초점을 맞춰 다양한 코로나바이러스의 스파이크 단백질을 연구했다.

그들은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 미래에 돌연변이가 발생할 가능성이 없는 RBD 부분을 식별했다. 이러한 정보를 바탕으로 그들은 백신에 "최적화된" 항원을 설계했다.

전임상 연구 기간 동안, 그들은 이 항원을 세 가지 유형의 백신(DNA 백신, mRNA 백신, 바이러스 벡터 백신)과 함께 사용하여 알려진 모든 코로나19 바이러스, SARS 바이러스 및 기타 주요 코로나바이러스에 대한 보호 면역 반응을 촉발할 수 있는 방법을 시연했다.

T2_17 항원을 기반으로 한 무 바늘 DNA 백신은 2021년 12월부터 1단계 안전성 시험에 참여해 이미 코로나19 예방 접종을 받은 사람들을 위한 추가 접종으로 테스트되고 있다. 2023년 4월에는 영국의 두 번째 도시를 포함하도록 임상시험이 확대되었다.

히니 박사는 “야생형 바이러스나 과거에 문제를 일으켰던 바이러스의 일부를 사용하는 현재 백신과 달리 이 기술은 자연의 실수로부터 배운 교훈을 결합하고 미래로부터 우리를 보호하는 것을 목표로 한다”고 말했다.

“이러한 최적화된 합성 항원은 쉽게 변할 수 없는 바이러스의 주요 부위를 표적으로 삼아 광범위한 면역 반응을 생성한다.”고 그는 계속했다. "우리가 아직 알지 못하는 바이러스에 대한 백신의 문을 열어준다."

전망

매년 진행되는 코로나19 부스터를 범용 코로나바이러스 백신으로 대체할 수 있기를 희망하는 그룹은 케임브리지 팀뿐만이 아니다.

프란시스 크릭 연구소(Francis Crick Institute)의 연구원들은 S2 서브유닛이라고 불리는 스파이크 단백질의 일부를 중심으로 백신을 개발하고 있는데, 이 단백질은 단백질의 다른 부분보다 돌연변이 가능성이 낮다고 판단되었다.

케임브리지 그룹과 마찬가지로 영국 스타트업인 baseimmune의 연구원들은 기존 단백질과 AI 플랫폼에서 발명한 단백질을 결합하여 보편적인 코로나바이러스 백신을 위한 자체 항원을 설계했다. 해당 백신은 현재 전임상 개발 단계에 있다.

노스캐롤라이나 대학에 있는 동안 현재 예일 대학의 조교수인 면역학자 데이비드 마르티네즈는 4가지 코로나바이러스의 스파이크 단백질을 기반으로 신체가 맞춤 설계된 항원을 만들도록 가르치는 mRNA 백신 개발을 주도했다. 그 주사도 전임상 시험 중이다.

한편 CalTech의 한 팀은 8개의 서로 다른 코로나바이러스의 RBD를 단일 "모자이크" 백신으로 포장했으며 생쥐 테스트에서는 해당 코로나바이러스와 다른 4개의 코로나바이러스로부터 보호했다. 2022년에 그들은 임상 시험을 위한 백신을 준비하기 위해 전염병 대비 혁신 연합(CEPI)으로부터 3천만 달러를 받았다.

CalTech의 "모자이크" 백신에는 많은 코로나바이러스가 포함되어 있다. 이미지 출처: A. Cohen / BioRender

이러한 백신 중 하나가 시험에서 과거 및 현재의 코로나바이러스에 대해 우수한 성능을 발휘하더라도 해당 바이러스가 실제로 출현하기 시작할 때까지 미래의 코로나바이러스로부터 보호할 수 있는지 여부를 아는 것은 불가능하다.

보편적인 주사를 통해 그러한 바이러스가 전혀 감염되는 것을 막을 수 있기를 바라지만, 그렇게 할 수 없더라도 미래의 코로나바이러스에 특별히 맞춤화된 보다 효과적인 백신을 개발할 시간을 벌 수 있다.

미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 백신 연구원인 카린 복(Karin Bok)은 “팬데믹 대비에 대해 생각할 때 우리가 가장 걱정하는 것은 백신이 준비되기 전 처음 몇 달이다”라고 말했다. "보편적인 백신은 … 다음 전염병으로 인한 심각한 질병으로부터 [필수적인] 보호를 제공할 수 있다."