최근 세계보건기구(WHO)는 새로운 SARS-CoV-2 우려 변이를 지정했습니다. 오미크론(B.11.539)으로 명명된 이 새로운 변이는 남아프리카공화국의 강력한 유전자 염기서열 분석 네트워크를 통해 처음 확인되어 WHO에 보고되었습니다. 이 독특한 변이는 현재까지 가장 많은 돌연변이를 보유하고 있으며, 50개 이상의 확인된 돌연변이 중 30개 이상이 스파이크 단백질에 집중되어 있습니다.
오미크론 변이가 그토록 우려되는 이유는 무엇입니까?
오미크론 변이에 대한 예비 연구에 따르면, 이 변이는 2019년 중국에서 처음 확인된 초기 바이러스 버전에서 크게 진화했습니다. 이는 코로나19 감염 이력이 있는 사람을 재감염시키거나, 1세대 백신으로 형성된 면역을 회피할 가능성이 높다는 것을 의미합니다. 이러한 변이는 전 세계적인 팬데믹 회복을 크게 후퇴시켜 사회적, 경제적으로 엄청난 타격을 줄 수 있습니다.
오미크론 변이가 백신 접종자들 사이에서도 면역 회피와 전파력에 대해 더 큰 우려를 낳는 주된 이유는 그 구조 때문입니다. 다수의 수용체 결합 도메인(RBD) 및 N-말단 도메인(NTD) 돌연변이는 중화 항체에 대한 저항성과 관련이 있으며, 단백질 분해 효소 절단 돌연변이는 세포 침투를 용이하게 하거나 전파력을 높일 것으로 예상됩니다. 실제로 여러 연구에서 이러한 돌연변이가 면역 체계의 변이된 SARS-CoV-2 바이러스 중화 능력을 저하시키며, 면역 중화 효과를 최대 10배까지 감소시킬 수 있음이 밝혀졌습니다.
이 새로운 변이는 처음에 남아프리카공화국에서 발견되었으며, 현재 호주, 유럽, 캐나다, 아시아, 그리고 최근에는 미국에서도 사례가 확인되었습니다. 그러나 많은 전문가는 델타 변이 확산 당시의 경험을 바탕으로 오미크론이 이미 전 세계 대부분 지역으로 퍼졌을 것으로 보고 있습니다. 나파모스타트, 카모스타트 메실레이트와 같이 SARS-CoV-2의 비스파이크 단백질을 표적으로 하여 오미크론에도 효과가 있을 것으로 예상되는 저분자 약물들이 존재하지만, 현재 및 미래의 변이에 대응할 수 있는 지속 가능한 백신을 개발하는 것이 팬데믹 종식을 위해 필수적입니다.
스파이크 단백질의 역할
요약하자면, 아래 그림과 같이 SARS-CoV-2 바이러스의 스파이크(S) 단백질은 SARS-CoV-2 바이러스가 인체 세포에 침투하도록 돕기 때문에 1세대 코로나19 백신이 표적으로 삼는 핵심 항원입니다. 현재 사용되는 mRNA 백신은 S 단백질을 항원으로 코딩하여 이를 중화합니다.
SARS-CoV-2 바이러스의 빠른 진화로 인해 연구자들은 S 단백질만으로 백신 설계에 충분한 항원이 되는지 평가해야 하는 상황에 직면했습니다. 팬데믹을 완화하기 위해 초기 백신과 치료제 포트폴리오가 배포되고 있는 지금, 과학자들은 지난 2년간 SARS-CoV-2 바이러스에 대한 면역 반응에 대해 학습한 모든 내용과 보호 면역의 상관관계, 그리고 이러한 연구가 끊임없이 변이하는 S 단백질을 표적으로 삼는 방식에서 벗어나거나 이를 확장해야 할 수도 있는 2세대 백신 구축에 어떤 관련이 있는지 고려해야 합니다.
지속적인 면역을 달성하기 위한 경로
인간이 어떻게 '보호 면역'을 형성하는지는 특히 SARS-CoV-2와 같이 진화하고 변이하는 바이러스에 대응할 때 여러 요인에 의해 결정됩니다. 이상적으로는 침입하는 바이러스나 박테리아와 같은 외부 요인을 인식하고 무력화할 수 있는 면역 반응을 달성하고자 합니다. 보호 면역에는 체액성 면역과 세포성 면역이 모두 포함됩니다. 최근 발표된 일부 연구에서 보고된 SARS-CoV-2에 대한 면역 반응은 아래 표와 같습니다. 감염에서 회복된 사람들에게서 나타나는 코로나19 단백질에 대한 항체 및 T세포 반응은 광범위하지만 완전하지는 않은 것으로 보입니다. 이러한 반응은 주로 바이러스 구조 단백질(S, 뉴클레오캡시드 단백질, 막 단백질)을 표적으로 합니다. 이 반응의 일부가 보호 면역을 담당할 가능성이 높습니다.
*S 단백질에 대한 중화 항체 포함
S 단백질 항원은 바이러스 표면을 덮고 있어 면역 체계가 쉽게 발견할 수 있으며 보호 면역을 위한 이상적인 표적입니다. 그러나 위 표에 나타난 일부 체액성 및 세포성 면역 반응은 스파이크 단백질 이외의 SARS-CoV-2 항원을 표적으로 합니다. 이러한 관찰 결과와 바이러스 변이 및 돌파 감염의 출현은 단일 항원(즉, S 단백질)에 대한 면역 반응에만 집중하는 백신이 효과적인 백신에 필요한 광범위한 면역을 제공하지 못할 수도 있음을 시사합니다. 이러한 유형의 중화 항체는 종종 보호 면역 반응의 필수적인 부분이지만, 지속적인 면역을 확립하기에는 충분하지 않습니다. 다른 SARS-CoV-2 항원에 대한 체액성 및 세포성 반응이 광범위한 보호 면역을 제공할 수 있는지에 대해서는 추가 연구가 필요합니다.
인플루엔자 백신을 통해 지속적인 면역 달성에 대해 어떤 교훈을 얻을 수 있을까요?
SARS-CoV-2 감염 시의 보호 면역에 대해 완전히 이해하고 있지는 않지만, 최근 인플루엔자 바이러스(IAV) 백신 연구는 유용한 통찰력을 제공합니다. IAV 매트릭스 단백질(M2e) 또는 뉴클레오캡시드 단백질(NP)을 이용한 예방 접종은 모두 보호 면역을 생성합니다. 코로나19 백신 연구자들은 변이가 심한 SARS-CoV-2 S 단백질과 ORF8과 같이 독특하고 보존된 SARS-CoV-2 단백질을 동시에 표적으로 삼는 방법을 시도해 볼 수 있습니다. ORF8 단백질은 현재 특성이 완전히 밝혀지지 않았지만, 2세대 SARS-CoV-2 백신을 위한 새로운 보존 항원 표적이 될 수 있습니다.
현재 임상 및 전임상 단계의 백신 중 일부는 사백신(IV) 또는 약독화 생백신(LAV)을 사용하며, 이는 면역 체계에 다양한 항원을 제시할 것으로 기대됩니다. 다중 에피토프/다중 항원 백신은 개발 중인 사례가 더욱 적으며 임상 데이터도 부족한 실정입니다. 예비 연구 결과에 따르면 일정 수준의 방어 효과는 기대할 수 있으나, 중화 항체 감소의 원인이 명확하지 않아 방어 면역을 정확히 이해하기 위한 추가 연구가 필요합니다.
진화하는 바이러스에는 새로운 치료법이 필요합니다
S 단백질만을 표적으로 하는 현재의 SARS-CoV-2 백신은 항바이러스 치료제 및 차세대 백신 개발을 위한 중요한 첫걸음입니다. 이러한 백신이 개발된 속도와 효능은 전례가 없는 수준이었습니다. 델타와 같은 새로운 변이 바이러스가 등장했음에도 불구하고, 데이터에 따르면 백신은 입원율과 사망률을 획기적으로 낮췄습니다. 그러나 바이러스가 지속적으로 변이하고 진화함에 따라 S 단백질만을 표적으로 하는 것만으로는 방어 면역을 확보하기에 충분하지 않을 수 있습니다. 바이러스 확산을 확실히 차단하기 위해서는 더 넓은 범위의 항원을 표적으로 하는 항바이러스 치료제와 여러 유형의 백신을 결합한 보다 포괄적인 접근 방식이 필요할 것으로 예상됩니다.
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