2023 노벨 생리의학상, mRNA 백신 개발자 두 명이 공동 수상
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-10-03 12:36:57
3'10" 읽기
- Katalin Karikó와 Drew Weissman은 나중에 새로운 코로나 백신 개발을 가능케 해
- 효과적인 백신을 만들 수 있는 방식으로 mRNA의 개별 구성 요소를 수정하는 데 최초 성공
- mRNA 백신은 이전에 알려지지 않았던 유행성 병원체가 출현한 이후 기록적인 시간 내에 개발되었다. 이로 인해 수백만 명의 생명 구해져
백신은 우리의 면역 체계를 훈련시켜 나중에 박테리아나 바이러스와 같은 병원체를 만났을 때 더 빠르게 반응할 수 있도록 한다. 면역 체계는 병원체의 특정 구성 요소를 인식하고 이에 대한 항체를 형성한다. 이렇게 병원체가 어떻게 생겼는지 학습하고 기억하는 방법인데, 예방접종 중 실제로 우리 몸에 일어나는 일은 백신에 따라 다르다. 소아마비, 홍역, 황열병에 대한 백신은 오랫동안 사용돼 왔다. 이는 죽거나 무력화된 바이러스를 기반으로 한다.
백신의 추가 개발
최근 수십 년 동안 전체 병원체를 더 사용하지 않고 일부만 사용하는 새로운 유형의 백신도 개발되었다. 예를 들어, 병원체가 일반적으로 표면에 운반하는 실험실에서 생산된 단백질일 수 있다. 이 원칙은 예를 들어 B형 간염 및 인유두종 바이러스(HPV) 예방접종에 사용된다.
면역 체계를 훈련시키는 또 다른 방법은 병원성 바이러스의 유전 물질 일부를 다른 무해한 운반체 바이러스에 도입하는 것이다. "벡터"라고 불리는 이 운반체는 특정 바이러스 단백질의 청사진에 대한 유전 정보를 인간 세포로 전달하여 생성되고 면역 체계의 반응을 촉발한다. 이러한 유형의 백신은 예를 들어 에볼라에 사용된다.
새로운 백신 클래스는 시간적 이점을 제공한다.
그러나 코로나 팬데믹 이후 또 다른 새로운 유형의 백신이 등장했다. 바로 mRNA 백신이다. 이는 벡터 없이 인간 세포에 직접 주입되어 병원체 단백질이 생성되고 면역 반응이 유발되는 mRNA를 기반으로 한다. 우리는 이 백신을 개발하고 수백만 건의 용도로 사용할 수 있는 기반을 마련한 노벨 의학상 수상자 Katalin Karikó와 Drew Weissman에게 빚을 지고 있다.
전체 바이러스, 바이러스 단백질 또는 벡터를 사용하는 이전의 일반적인 백신과 달리 mRNA 백신은 생산을 위해 대규모 세포 배양이 더 필요하지 않으므로 훨씬 더 빠르고 적은 자원으로 생산할 수 있다. 최근 Sars-CoV-2 코로나바이러스와 같은 감염병과 전염병에서 이는 사람들의 면역 체계를 신속하게 지원할 수 있다는 점에서 결정적인 이점이다.
mRNA 백신은 어떻게 탄생했나?
mRNA(메신저 RNA)는 우리 세포에서 정보 전달체 역할을 하는 분자 유형이다. 이는 DNA에 있는 유전 정보를 세포의 생산 장소로 전달하여 단백질을 만드는 데 사용할 수 있도록 한다. 1980년대부터 mRNA는 소위 "시험관내 전사(in vitro transcription)"를 사용하여 합성적으로 생산될 수도 있었다. 하지만 초기에는 백신을 생산하기에는 너무 불안정해 염증을 일으켰다. 이후 지질껍질로 안정성이 향상됐고, 두 명의 노벨상 수상자 덕분에 염증 반응도 예방됐다.
헝가리 생화학자 카탈린 카리코(Katalin Karikó)는 1990년대 초에 인공 mRNA를 치료적으로 사용하겠다는 목표를 세웠다. 펜실베이니아 대학에서 미국 동료 면역학자인 Drew Weissman과 함께 그녀는 mRNA가 우리 면역 체계의 다양한 세포와 어떻게 상호 작용하는지 연구했다.
면역 체계의 중요한 관찰
Karikó와 Weissman은 합성으로 생산된 mRNA가 소위 수지상 세포에 의해 신체에 이물질로 인식된다는 사실을 발견했다. 이로 인해 우리의 면역 체계가 염증을 촉진하는 물질을 방출하게 된다. 두 명의 노벨상 수상자는 연구를 계속하여 인공 mRNA가 우리 몸의 mRNA와 어떻게 다른지 해독했다.
결과:
두 가지 유형의 mRNA는 동일한 구성요소인 뉴클레오시드로 구성되며, 여기에는 4개의 서로 다른 핵염기(아데닌, 우라실, 구아닌, 시토신)(문자 A, U, G 및 C로 축약됨)가 포함돼 있다. 그러나 염기는 자연적인 방식으로 화학적으로 변형되는데, 처음에는 인공적으로 생산된 mRNA의 구성 요소에서는 그렇지 않았다. Karikó와 Weissman이 변형된 염기를 합성 mRNA에 통합했을 때 면역계의 수지상 세포는 더 이상 염증에 반응하지 않았다.
노벨 위원회는 두 연구자에게 노벨상을 수여하기로 결정한 이유를 설명하면서 “이것은 세포가 어떻게 다양한 형태의 mRNA를 인식하고 반응하는지에 대한 우리의 이해에 있어 패러다임 변화였다”고 말했다.
mRNA 백신을 향한 먼 길
mRNA가 백신에 사용되기까지는 수년이 걸렸다. Karikós와 Weissman의 첫 번째 발견은 2005년에 발표되었다. 2008년과 2010년에 그들은 우리 몸에서 자연적으로 일어나는 것과 마찬가지로 염기가 변형된 인공 mRNA로부터 단백질이 효과적으로 생산될 수 있다는 것을 보여주는 두 가지 추가 연구를 발표했다. 이는 나중에 바이러스 mRNA로부터 바이러스 단백질을 생산하기 위한 필수 전제조건이었다.
그 이후로 여러 회사에서는 처음에는 Zika 바이러스와 Mers-CoV 코로나바이러스에 대한 mRNA 백신 사용을 연구했다. 2020년 초 Sars-CoV-2 코로나바이러스로 인한 코로나 대유행이 발생하면서 이전에 알려지지 않았던 새로운 병원체에 대한 mRNA 백신이 처음으로 개발되었다. 이러한 mRNA 백신 2개가 2020년 12월에 승인되었다. 이로 인해 역사상 가장 빠른 백신 개발이 이루어졌지만 Káriko와 Weissman의 수십 년 간의 연구가 없었다면 불가능했을 것이다.
mRNA 백신의 추가 가능한 적용
코로나19에 대한 mRNA 백신의 개발은 또한 다른 응용 분야에 대한 새로운 가능성을 열어준다. 인플루엔자나 HIV와 같은 다른 전염병뿐만 아니라 일부 유형의 암에 대한 사용에 대한 연구가 진행 중이다. 또한 그들은 이미 수백만 명의 생명을 구했고, 더 많은 사람을 코비드-19의 심각한 질병으로부터 보호했으며, 사회가 코로나 팬데믹에 대처할 수 있도록 했다. 노벨 위원회는 “mRNA의 염기 변형의 중요성에 대한 근본적인 발견을 통해 올해 노벨상 수상자들은 우리 시대의 가장 큰 건강 위기 중 하나를 겪는 동안 이러한 혁신적인 발전에 결정적인 기여를 했다”고 말했다.
출처: Nobelprize.org
- Katalin Karikó와 Drew Weissman은 나중에 새로운 코로나 백신 개발을 가능케 해
- 효과적인 백신을 만들 수 있는 방식으로 mRNA의 개별 구성 요소를 수정하는 데 최초 성공
- mRNA 백신은 이전에 알려지지 않았던 유행성 병원체가 출현한 이후 기록적인 시간 내에 개발되었다. 이로 인해 수백만 명의 생명 구해져
mRNA 백신 개발자에게 노벨 의학상 수여
Katalin Karikó와 Drew Weissman은 코로나19에 대한 새로운 백신을 가능하게 만들었다.
Katalin Karikó와 Drew Weissman은 나중에 새로운 코로나 백신 개발을 가능하게 한 인공 mRNA에 대한 연구로 2023년 노벨 의학상을 공동으로 수상하게 됐다. 그들은 효과적인 백신을 만들 수 있는 방식으로 mRNA의 개별 구성 요소를 수정하는 데 최초로 성공했다. 이러한 성능의 결과로 Sars-CoV-2 코로나바이러스에 대한 mRNA 백신은 이전에 알려지지 않았던 유행성 병원체가 출현한 이후 기록적인 시간 내에 개발되었다. 이로 인해 수백만 명의 생명이 구해졌다.
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| ▲ Katalin Karikó와 Drew Weissman은 2023년 노벨 의학상 수상자들이다. © Peggy Peterson/University of Pennsylvania |
백신은 우리의 면역 체계를 훈련시켜 나중에 박테리아나 바이러스와 같은 병원체를 만났을 때 더 빠르게 반응할 수 있도록 한다. 면역 체계는 병원체의 특정 구성 요소를 인식하고 이에 대한 항체를 형성한다. 이렇게 병원체가 어떻게 생겼는지 학습하고 기억하는 방법인데, 예방접종 중 실제로 우리 몸에 일어나는 일은 백신에 따라 다르다. 소아마비, 홍역, 황열병에 대한 백신은 오랫동안 사용돼 왔다. 이는 죽거나 무력화된 바이러스를 기반으로 한다.
백신의 추가 개발
최근 수십 년 동안 전체 병원체를 더 사용하지 않고 일부만 사용하는 새로운 유형의 백신도 개발되었다. 예를 들어, 병원체가 일반적으로 표면에 운반하는 실험실에서 생산된 단백질일 수 있다. 이 원칙은 예를 들어 B형 간염 및 인유두종 바이러스(HPV) 예방접종에 사용된다.
면역 체계를 훈련시키는 또 다른 방법은 병원성 바이러스의 유전 물질 일부를 다른 무해한 운반체 바이러스에 도입하는 것이다. "벡터"라고 불리는 이 운반체는 특정 바이러스 단백질의 청사진에 대한 유전 정보를 인간 세포로 전달하여 생성되고 면역 체계의 반응을 촉발한다. 이러한 유형의 백신은 예를 들어 에볼라에 사용된다.
새로운 백신 클래스는 시간적 이점을 제공한다.
그러나 코로나 팬데믹 이후 또 다른 새로운 유형의 백신이 등장했다. 바로 mRNA 백신이다. 이는 벡터 없이 인간 세포에 직접 주입되어 병원체 단백질이 생성되고 면역 반응이 유발되는 mRNA를 기반으로 한다. 우리는 이 백신을 개발하고 수백만 건의 용도로 사용할 수 있는 기반을 마련한 노벨 의학상 수상자 Katalin Karikó와 Drew Weissman에게 빚을 지고 있다.
전체 바이러스, 바이러스 단백질 또는 벡터를 사용하는 이전의 일반적인 백신과 달리 mRNA 백신은 생산을 위해 대규모 세포 배양이 더 필요하지 않으므로 훨씬 더 빠르고 적은 자원으로 생산할 수 있다. 최근 Sars-CoV-2 코로나바이러스와 같은 감염병과 전염병에서 이는 사람들의 면역 체계를 신속하게 지원할 수 있다는 점에서 결정적인 이점이다.
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| ▲ 노벨상 수상자들은 슈도우리딘과 같은 변형된 염기로 mRNA를 사용할 때 염증 반응이 일어나지 않고 더 많은 단백질이 생성된다는 사실을 발견했다. © The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Ill. Mattias Karlén |
mRNA 백신은 어떻게 탄생했나?
mRNA(메신저 RNA)는 우리 세포에서 정보 전달체 역할을 하는 분자 유형이다. 이는 DNA에 있는 유전 정보를 세포의 생산 장소로 전달하여 단백질을 만드는 데 사용할 수 있도록 한다. 1980년대부터 mRNA는 소위 "시험관내 전사(in vitro transcription)"를 사용하여 합성적으로 생산될 수도 있었다. 하지만 초기에는 백신을 생산하기에는 너무 불안정해 염증을 일으켰다. 이후 지질껍질로 안정성이 향상됐고, 두 명의 노벨상 수상자 덕분에 염증 반응도 예방됐다.
헝가리 생화학자 카탈린 카리코(Katalin Karikó)는 1990년대 초에 인공 mRNA를 치료적으로 사용하겠다는 목표를 세웠다. 펜실베이니아 대학에서 미국 동료 면역학자인 Drew Weissman과 함께 그녀는 mRNA가 우리 면역 체계의 다양한 세포와 어떻게 상호 작용하는지 연구했다.
면역 체계의 중요한 관찰
Karikó와 Weissman은 합성으로 생산된 mRNA가 소위 수지상 세포에 의해 신체에 이물질로 인식된다는 사실을 발견했다. 이로 인해 우리의 면역 체계가 염증을 촉진하는 물질을 방출하게 된다. 두 명의 노벨상 수상자는 연구를 계속하여 인공 mRNA가 우리 몸의 mRNA와 어떻게 다른지 해독했다.
결과:
두 가지 유형의 mRNA는 동일한 구성요소인 뉴클레오시드로 구성되며, 여기에는 4개의 서로 다른 핵염기(아데닌, 우라실, 구아닌, 시토신)(문자 A, U, G 및 C로 축약됨)가 포함돼 있다. 그러나 염기는 자연적인 방식으로 화학적으로 변형되는데, 처음에는 인공적으로 생산된 mRNA의 구성 요소에서는 그렇지 않았다. Karikó와 Weissman이 변형된 염기를 합성 mRNA에 통합했을 때 면역계의 수지상 세포는 더 이상 염증에 반응하지 않았다.
노벨 위원회는 두 연구자에게 노벨상을 수여하기로 결정한 이유를 설명하면서 “이것은 세포가 어떻게 다양한 형태의 mRNA를 인식하고 반응하는지에 대한 우리의 이해에 있어 패러다임 변화였다”고 말했다.
mRNA 백신을 향한 먼 길
mRNA가 백신에 사용되기까지는 수년이 걸렸다. Karikós와 Weissman의 첫 번째 발견은 2005년에 발표되었다. 2008년과 2010년에 그들은 우리 몸에서 자연적으로 일어나는 것과 마찬가지로 염기가 변형된 인공 mRNA로부터 단백질이 효과적으로 생산될 수 있다는 것을 보여주는 두 가지 추가 연구를 발표했다. 이는 나중에 바이러스 mRNA로부터 바이러스 단백질을 생산하기 위한 필수 전제조건이었다.
그 이후로 여러 회사에서는 처음에는 Zika 바이러스와 Mers-CoV 코로나바이러스에 대한 mRNA 백신 사용을 연구했다. 2020년 초 Sars-CoV-2 코로나바이러스로 인한 코로나 대유행이 발생하면서 이전에 알려지지 않았던 새로운 병원체에 대한 mRNA 백신이 처음으로 개발되었다. 이러한 mRNA 백신 2개가 2020년 12월에 승인되었다. 이로 인해 역사상 가장 빠른 백신 개발이 이루어졌지만 Káriko와 Weissman의 수십 년 간의 연구가 없었다면 불가능했을 것이다.
mRNA 백신의 추가 가능한 적용
코로나19에 대한 mRNA 백신의 개발은 또한 다른 응용 분야에 대한 새로운 가능성을 열어준다. 인플루엔자나 HIV와 같은 다른 전염병뿐만 아니라 일부 유형의 암에 대한 사용에 대한 연구가 진행 중이다. 또한 그들은 이미 수백만 명의 생명을 구했고, 더 많은 사람을 코비드-19의 심각한 질병으로부터 보호했으며, 사회가 코로나 팬데믹에 대처할 수 있도록 했다. 노벨 위원회는 “mRNA의 염기 변형의 중요성에 대한 근본적인 발견을 통해 올해 노벨상 수상자들은 우리 시대의 가장 큰 건강 위기 중 하나를 겪는 동안 이러한 혁신적인 발전에 결정적인 기여를 했다”고 말했다.
출처: Nobelprize.org
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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