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이 책은 먼저 우리가 흔히 ‘화이자 백신’ ‘모더나 백신’이라고 하는 mRNA 백신이 무엇인지 그 기본 원리를 설명하고, 코로나19 팬데믹 비상시국에 순식간에 결집해 mRNA 백신을 개발하는 밑바탕이 된 여러 과학자의 연구 과정과 결과를 낱낱이 살펴본다. 특히 헝가리 출신의 카탈린 카리코라는 한 여성 과학자의 40년 연구 족적을 촘촘히 기록한다. 아무도 관심을 두지 않았던 mRNA의 가능성을 믿고 열악한 상황에서도 꾸준히 연구 활동을 지속한 카탈린 카리코의 원천기술이 없었다면 팬데믹에 맞설 mRNA 백신도 개발되지 못했을 것이기 때문이다.

신종 코로나바이러스의 염기서열이 발표되고 66일 만에 전임상 시험에 진입!
그것은 mRNA 기술이 없다면 불가능했다.
과학자들의 오랜 연구 과정을 통한 새로운 백신의 원천기술을 밝힌다.

2019년 중국 우한에서 처음 발생한 코로나바이러스감염증-19는 2021년 10월 현재 전 세계에 걸쳐 확진자가 2억 3천만 명, 사망자가 500만 명을 넘을 정도로 좀처럼 수그러들 기세를 보이지 않고 있다. 마땅한 치료약이 없는 가운데 사회적 거리두기, 개인위생, 격리, 봉쇄만으로는 코로나19를 진정시키기 어려운 상황이다. 백신이 절실히 필요한 상황인 것이다.
불행 중 다행으로 2020년 1월 9일 세계보건기구가 코로나19 확산을 발표하고 이틀 만에 중국 과학자들이 신종 코로나바이러스 유전물질의 염기서열을 공개했고, 이를 바탕으로 다시 이틀 만에 미국국립보건원과 미국의 생명공학회사 모더나는 첫 번째 mRNA 백신 후보를 설계했다. 그리고 66일이라는 세계 최단기록을 세우며 이 백신 후보는 임상시험에 진입했다. 이후 두 종류의 백신이 긴급사용승인을 거쳐 현재 전 세계 사람들에게 접종되고 있다. 이토록 신속한 백신 접종이 이루어지지 않았다면, 코로나19로 인한 희생자는 더욱 폭발적으로 늘었을 것이며, 그런 점에서 mRNA 백신은 가히 세계를 구한 백신이라 할 만하다.
이 책은 먼저 우리가 흔히 ‘화이자 백신’ ‘모더나 백신’이라고 하는 mRNA 백신이 무엇인지 그 기본 원리를 설명하고, 코로나19 팬데믹 비상시국에 순식간에 결집해 mRNA 백신을 개발하는 밑바탕이 된 여러 과학자의 연구 과정과 결과를 낱낱이 살펴본다. 특히 헝가리 출신의 카탈린 카리코라는 한 여성 과학자의 40년 연구 족적을 촘촘히 기록한다. 아무도 관심을 두지 않았던 mRNA의 가능성을 믿고 열악한 상황에서도 꾸준히 연구 활동을 지속한 카탈린 카리코의 원천기술이 없었다면 팬데믹에 맞설 mRNA 백신도 개발되지 못했을 것이기 때문이다.

코로나 백신을 넘어 mRNA의 놀라운 잠재력을 밝히다!

1장 “면역과 백신의 기초”에서는 전반적인 면역의 메커니즘과 백신의 역할을 설명하고, 2장 “멀고도 험한 길”에서는 mRNA 백신 개발이 이루어지기까지 항원의 구조 연구, 뉴클레오티드 변형, 지질 나노 입자 포장이라는 세 분야에서의 혁신이 있었으며, 이를 위해 유ㆍ무명의 많은 과학자가 기여한 내용을 살펴본다.
3장부터 5장까지는 mRNA 백신 개발의 최대 공로자라 할 수 있는 카탈린 카리코의 생애를 훑어보며 그가 연구하고 이룬 내용에 대해 과학적 설명을 해나간다. 카탈린 카리코는 지원과 연구비가 부족한 상황에서도 획기적 연구를 시도했으며, 종신재직권까지 포기하고 프로젝트를 계속했다.
6장 “스파이크에 얽힌 비밀”에서는 키즈메키아 코벳이라는 또 한 명의 여성 과학자가 주도하는 미국국립보건원의 백신연구센터 연구팀이 융합 이전의 코로나바이러스 단백질 항원 구조를 발견하고 모더나 사와 협력해 중화역가(항원의 50%를 중화시키는 항체 희석 농도)와 치사 챌린지 시험(살아 있는 바이러스에 노출시켜 백신이나 치료제의 효과를 검증하는 시험) 시 생존 능력이 우수한 백신을 설계ㆍ개발한 과정과 임상시험을 거쳐 실제 접종에 이르게 된 과정을 이야기한다.
7장 “또 하나의 혁신, 지질 나노 입자”에서는 불안정한 mRNA를 세포로 전달하기 위해 양이온성 프로타민과 중합체를 거쳐 지질 나노 입자를 개발하기까지의 경과와 지질 나노 입자의 원리, 그리고 전달 능력을 개선하기 위한 여러 가지 노력, 이를 적용한 mRNA 백신 전달에 대해 알아본다.
8장 “신종 코로나바이러스 mRNA 백신 개발”은 이런 혁신들을 바탕으로 마침내 코로나19 백신이 개발된 경위를 원리증명 시험, 전임상 사례, 인간 임상시험 중심으로 살펴본다.
9장 “mRNA 백신의 생산”은 상업적 규모에서 mRNA 백신 제조 공정을 원료의약품 생산과 의약품 제조로 나누어 mRNA 백신 플랫폼의 이점, DNA 주형 생산, 시험관 내 전사반응, 정제 및 제제, mRNA-지질 나노 입자 제조, 병입 및 마감 품질관리에 대해 설명한다.
10장 “mRNA 백신 연구의 현황과 미래”는 백신의 개발 경과, 백신의 구조, 작용 메커니즘, 감염질환 예방을 위한 백신 개발, 화이자/바이오엔테크와 큐어백 등 상용 mRNA 백신의 개발과 비복제 백신 및 자가복제 백신 유형, 암 백신 등의 현황을 다루고 미래를 전망한다.
우리는 코로나19 mRNA 백신이 등장하기 전까지 mRNA 백신이 아예 존재하지 않았던 것처럼 생각하기 쉽지만 그건 사실이 아니다. 암 면역요법이나 감염성 질환 예방을 위한 mRNA는 전임상을 통해 가능성을 타진하고 초기 임상 데이터를 생산하는 데까지 여러 부문에 걸쳐 점진적으로 발전해왔다. 그리고 이러한 연구는 임상시험용 의약품 제조 및 품질관리 기준에 따른 대규모의 mRNA 생산이 가능하고 mRNA 백신이 유리한 안전성 프로필을 가졌음을 입증하는 데 있어 중요한 역할을 했다.
mRNA를 처음 동물모델로 전달한 이후 이 분야는 빠르게 발전했으며 백신 개발을 위한 차세대 바이오 의약품으로 사용할 수 있다는 가능성을 보여주었다. mRNA 백신은 빠른 개발 능력, 높은 효능, 안전성, 그리고 저렴한 제조 비용으로 인해 가장 중요하고 유망한 차세대 백신 중 하나로 간주된다. 백신에 사용되고 있는 mRNA 치료제는 앞으로 백신뿐 아니라 암과 같은 질병을 예방하거나 치료하는 데에도 더욱 효과적으로 활용될 수 있으리라 기대되고 있다.

카탈린 카리코 박사의 생애 집중 조명!
카탈린 카리코 박사와 그 연구에 대한 추천의 글

“모더나를 포함한 모든 mRNA 회사는 카탈린 카리코와 드류 와이즈먼의 원천기술 덕분에 존재할 수 있었다. 그 발견이 없었더라면 팬데믹에 맞설 mRNA 백신이 개발되지 않았을 것이기 때문에 그들은 최고의 영예를 차지할 자격이 있다.
_케네스 치엔(심혈관 생물학자, 모더나 공동설립자)

“이 여성에게 노벨상을 줘야 한다.”
_리처드 도킨스(생물학자, 《이기적 유전자》 저자)

“누군가 나에게 언젠가 노벨상을 받을 만한 사람을 꼽으라면 카탈린 카리코를 최우선으로 거명할 것이다. 그 근본적인 발견으로 세계를 구한 의약품이 등장했다.”
_데릭 로시(하버드 의과대학 교수, 모더나 공동창립자)

저자 서문

1장 면역과 백신의 기초
2장 멀고도 험한 길
3장 카탈린 카리코: mRNA의 꿈
4장 카탈린 카리코: 도전과 역경
5장 카탈린 카리코: 마침내 찾아온 성공
6장 스파이크에 얽힌 비밀
7장 또 하나의 혁신, 지질 나노 입자
8장 신종 코로나바이러스 mRNA 백신 개발
9장 mRNA 백신의 생산
10장 mRNA 백신 연구의 현황과 미래

부록: 용어 해설
참고문헌
찾아보기

과학자들은 이미 수십 년 동안 진행된 기초 및 응용 연구를 바탕으로 융합 이전의 형태를 유지할 수 있도록 한 스파이크 단백질의 유전정보 중 우리딘 염기를 1-메틸슈도우리딘으로 변형하여 세포의 면역계를 회피하는 mRNA를 지질 나노 입자에 넣어 최단기간 내에 임상시험을 거쳐 사람들에게 접종할 수 있는 백신을 개발했다. _39-40쪽

1976년 당시 스물두 살이던 카탈린 카리코는 mRNA에 대한 이야기를 듣자마자 ‘오, 이건 좀 멋진 분자인걸’ 하며 감탄했다. 카리코는 mRNA가 세포에게 무엇을 하라고 지시를 내린다는 사실로부터 이 분자가 무한한 잠재력을 가졌다는 것을 직감했다. mRNA를 조정할 수 있다면 우리가 원하는 새로운 지시를 세포에게 내릴 수 있다고 생각했다. 그 메시지를 바꿀 수 있다면 우리가 원하는 무엇이든지 세포더러 만들게 할 수 있다. _54쪽

2020년 1월 11일, 중국 과학자들은 신종 코로나바이러스의 전체 염기서열을 온라인에 공개했다. 이틀 만에 코벳과 연구팀은 코로나19 백신 후보인 mRNA-1273을 설계했다. 그리고 신종 코로나바이러스의 유전암호가 결정된 지 불과 66일 만에 이 백신 후보는 전임상 시험에 진입하는 세계 기록을 세웠다. _86쪽

코벳이 물론 신종 코로나바이러스를 염두에 두고 특별히 메르스 코로나바이러스를 연구한 것은 아니지 만, 코로나19에 신속하게 백신 대응을 할 수 있었던 것은 메르스 코로나바이러스 백신 개발에 대한 충분한 사전 지식을 가지고 있었기 때문이다. 이 접근방식은 여러 백신을 신속하게 개발하는 데 전반적 으로 도움이 되었다. _92쪽

코벳의 연구팀은 동물모델에서 면역원성을 이해하는 연구를 하면서 동시에 모더나 백신의 1상 임상시험용 의약품 제조 및 품질관리 기준에 따른 생산을 개시했다. 그래서 모더나는 mRNA-1273 서열을 결정하자마자 제조를 시작해 생산을 개시하고서 한 달이라는 짧은 기간 내에 임상시험을 위한 의약품을 출하할 수 있었다. 이는 신속한 백신 개발을 생각할 때 mRNA 유전자 기반 플랫폼이 얼마나 강력한 것인지를 알려준다. 이렇게 하여 신종 코로나바이러스의 염기서열이 발표되고 66일 만에 1상 임상시험이 시작되었다. _136-137쪽

결론적으로 mRNA-1273 백신은 코로나19 예방에서 94.1%의 효능을 보였고, 일시적인 국소 및 전신 반응을 제외하고는 안전에 문 제가 없는 것으로 나타났다.
2020년 12월 18일, FDA는 모더나 2회 투여 백신을 긴급 사용 승인했다. 그 이후 전 세계의 많은 사람들이 코벳의 실험실에서 개발한 백신을 접종받았다. _141쪽

mRNA에 기반하여 전염병을 예방할 수 있는 기술에 대한 관심은 점점 높아지고 있다. RNA의 생물학, 화학, 안정성 및 전달 분야의 기술 발전은 완전 합성 mRNA 백신 개발을 가속화했다. 동물모델에서 관찰된 강력하고 지속적이며 안전한 면역반응이 확인되고 인간을 대상으로 한 초기 임상시험에서 성공을 거두면서 기존 백신을 mRNA 백신으로 대체하려는 대안적 플랫폼이 점점 더 관심을 끌고 있다. 이러한 고무적인 결과와 함께 제조 공정이 일반적으로 단순하고 개발 및 제조 비용이 저렴하기 때문에 mRNA 백신에 대한 전망은 산업적으로도 매우 유망하다고 할 수 있다. _168-169쪽