[코로나 과학전쟁]식물에서 얻는 단백질 백신 개발 국내서 도전..코로나 '게임체인저' 될까

황인환 포스텍 교수(오른쪽)와 연구원들이 담배잎을 이용한 코로나19 백신 개발에 도전하고 있다. 포스텍 제공.

이달 26일부터 전국 요양시설·병원 종사자와 입소자를 대상으로 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 백신 접종이 시작된다. 사용되는 백신은 65세 이상 고령층 효능 논란이 지속된 아스트라제네카사 제품이다. 3월부터 백신 배분 국제 프로젝트 ‘코백스 퍼실리티’를 통한 화이자 백신도 국내에 도입된다. 정부는 1분기까지 76만명에 백신을 접종하겠다는 계획을 확정했다.

전문가들은 코로나19 사태의 장기화가 예상되는 만큼 안정적인 백신 공급을 위해서는 백신 개발을 서둘러야 한다고 지적한다. 해외에서 들여오는 백신 물량은 생산과 배분 상황에 따라 유동적이기 때문이다. 다양한 유형의 백신 확보 전략도 중요하다. 특정 백신의 대규모 접종시 예상치 못한 심각한 부작용이 다수 나올 경우 다른 유형의 백신이 대체할 수 있다. 

식품의약품안전처에 따르면 국내에서는 1월 21일 기준 국제백신연구소·제넥신·진원생명과학이 DNA백신을, 셀리드가 바이러스 벡터 백신을, SK바이오사이언스와 유바이오로직스가 단백질 재조합 백신 임상을 진행하고 있다. 

아직 전임상 단계지만 포스텍 연구진과 바이오기업 바이오앱, 국립보건연구원이 식물 기반 단백질 재조합 백신 개발 도전에 나서고 있다. 담배의 사촌뻘인 야생식물 ‘니코티아나 벤타미아나’를 활용한 백신이다. 황인환 포스텍 생명과학과 교수는 “식물 기반 단백질 재조합 백신은 담배에서 바이러스 항원 단백질을 만드는 방식이라 안정적이고 빠르게 백신을 생산할 수 있다”며 “개발에 성공하면 감염병 시대 새로운 게임 체인저가 될 수 있다”고 말했다. 

● 돼지열병·에볼라에서 성공한 식물 기반 단백질 재조합 백신 국내서 개발 나서

백신은 바이러스의 항원을 몸속에 넣어 면역반응을 유도해 바이러스 증식을 억제하는 항체를 만들어내는 원리로 작동한다. 독성을 없앤 바이러스를 직접 주입하는 방식, 다른 바이러스를 전달체로 삼아 바이러스 항원을 주입하는 ‘바이러스 벡터’ 방식, 바이러스 항원 생성을 유도하는 유전정보를 DNA나 메신저RNA(mRNA)에 담아 주입해 체내에서 항원 단백질 생성을 유도하는 방식이 있다. 미국의 제약사 화이자나 모더나는 mRNA 백신, 영국의 아스트라제네카는 바이러스 벡터 백신으로 분류된다.

항원 단백질을 재조합해 투여하는 단백질 재조합 백신도 있다. 정부가 2000만명분의 백신을 추가로 계약한 노바백스와 SK바이오사이언스가 개발중인 백신이 대표적이다. 단백질 재조합 백신은 주로 달걀이나 동물세포를 이용한다. 제조하는 데 수개월 이상 소요되는 게 단점이다. 

포스텍과 바이오앱, 국립보건연구원은 동물세포가 아닌 식물에서 바이러스 항원 단백질을 재조합하는 백신 개발에 나섰다. 코로나19 바이러스가 체내에 침투할 때 사용하는 스파이크단백질 유전자를 식물에 주입하면 식물이 항원 단백질을 만든다. 이를 정제하고 분리해 백신으로 활용한다. 연구팀은 현재 담배의 야생종인 니코티아나 벤타미아나에 유전자를 주입해 코로나19 항원 단백질을 대량 생산하는 시스템을 구축하고 항원 단백질의 항체 생성 효과를 확인하기 위한 동물실험을 진행하고 있다. 

황인환 교수는 “담배잎은 한달이면 수확할 수 있기 때문에 동물을 활용하는 것보다 백신 제조 기간을 훨씬 단축하고 안정적으로 생산이 가능하다”며 “쥐 실험에 이어 햄스터 실험을 진행하고 있으며 전임상이 완료되면 임상1상 시험에 돌입할 것”이라고 말했다.

니코티아나 벤타미아나를 활용한 식물 기반 단백질 재조합 백신은 이미 검증된 적이 있다. 연구에 참여하고 있는 바이오앱은 2019년 4월 세계 최초로 식물 기반의 돼지열병바이러스 단백질 재조합 백신을 개발했다. 미국 바이오기업 켄터키바이오프로세싱도 같은 식물을 이용해 지난 2014년 에볼라바이러스 백신 ‘지맵’ 개발에 성공했다.

●해외에서도 개발중인 식물 기반 재조합 단백질 백신

캐나다 소재 바이오기업 메디카고 연구원이 담배 야생종 '니코티아나 벤타미아나' 잎을 살펴보고 있다. 메디카고 제공.

해외에서도 백신 플랫폼을 다양화하기 위한 식물 기반 재조합 단백질 백신 개발이 활발하다. 캐나다 소재 바이오기업 메디카고는 담배 제조회사 필립모리스의 지원을 받아 글로벌 제약사 글락소스미스클라인(GSK)과 이같은 방식의 백신을 개발하고 있다. 지난해 7월 시작한 임상1상에서 효능이 확인돼 지난해 11월 임상2·3상 시험이 시작됐다. 지난해 10월 23일 캐나다 정부와 7600만도스의 백신 공급 계약을 체결할 정도로 유망한 것으로 알려져 있다.

켄터키바이오프로세싱도 담배 제조업체 ‘브리티시 아메리칸 토바코(BAT)’의 지원을 받아 지난해 전임상을 완료한 뒤 지난해 12월 임상1상에 돌입했다. 

스콧 할페린 캐나다백신학센터 연구원은 “담배 등 식물은 사람에게 병을 옮기는 바이러스에 감염되지 않기 때문에 안전성이 굉장히 높다”며 “식물은 바이러스 항원 단백질을 생산하는 공장과 같은 역할을 할 수 있어 안정적으로 백신 공급이 가능해 코로나 팬데믹 해결에 큰 도움을 줄 것”이라고 말했다. 

[김민수 기자 reborn@donga.com]