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- 폐렴페스트는 특히 공격적이고 위험한 형태 보여.치료하지 않으면 거의 100%의 치사율
- WHO, 예르시니아 페스티스를 12가지 가장 위험한 생물무기 중 하나로 분류
- 인간 세포에서도 박테리아 단백질을 생성하도록 유도하는 방식
- 동물 연구에서 매우 공격적인 병원균에 대해 100% 예방 효과 제공
- 폐렴형 전염병에 대한 새로운 mRNA 백신이 승인되려면 먼저 추가 동물 실험 거쳐야

폐렴 페스트에 대한 최초의 mRNA 백신
새로운 백신, 동물 연구에서 매우 공격적인 병원균에 대해 100% 예방 효과 제공

면역:
새롭게 개발된 백신이 곧 치명적인 폐렴 페스트로부터 인간을 보호할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 이 위험한 질병에 대한 최초의 백신이 될 것이다. 연구진은 이 백신을 위해 mRNA 기술을 개량해 페스트균인 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis)뿐만 아니라 바이러스에도 효과가 있도록 했다. 쥐를 대상으로 한 초기 실험에서, 새로운 mRNA 백신은 세 가지 서로 다른 공격적인 폐렴 페스트 변종에 대한 감염으로부터 동물을 완벽하게 보호했다. 

▲ 페스트 병원균인 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis)는 오늘날에도 여전히 존재하며 반복적으로 발병을 유발한다. © CDC/ Larry Stauffer, Oregon State Public Health Laboratory

페스트는 인류에게 알려진 가장 오래되고 치명적인 전염병 중 하나다. 중세 시대에는 "흑사병"으로 악명 높았던 전염병 팬데믹으로 유럽 인구의 3분의 1이 사망했다. 이 재앙의 유전적 흔적은 오늘날까지도 우리 유전체에서 발견될 수 있다. 페스트균인 예르시니아 페스티스가 이 감염의 원인이다. 피부, 곤충 물림, 흡입 등 전염 경로에 따라 이 질병은 선페스트(bubonic plague) 또는 폐렴페스트(pneumonic plague)로 나타난다.

치명적인 감염

폐렴페스트는 특히 공격적이고 위험한 형태의 페스트로 간주된다. 치료하지 않으면 거의 100%의 치사율을 보인다. 이스라엘 생물학 연구소의 주저자인 우리 엘리아는 "페스트균은 전염성이 매우 강하고 치명적이어서 심각한 위협이 될 수 있다"며 "이 병원균은 또한 생물테러의 잠재적 후보로 간주된다"고 설명했다. 세계보건기구(WHO)는 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis)를 12가지 가장 위험한 생물무기 중 하나로 분류하고 있다.

폐렴페스트는 일반적으로 항생제로 치료할 수 있지만, 치료가 지연되거나 내성균이 출현할 경우 여전히 심각한 위험을 초래할 수 있다. 또한, 효과적인 항생제는 특히 빈곤 지역에서 공급이 부족한 경우가 많다. 이것이 특히 마다가스카르에서 페스트 발병이 반복적으로 발생하는 이유다. 2017년에는 2,400명 이상이 감염되었고, 그중 209명이 사망했다. 전염병 백신이 예방 효과를 제공할 수 있지만, 아직 존재하지 않는다.

바이러스 대신 박테리아에 대한 mRNA 방법

이제 상황이 바뀔 수 있다. 엘리아의 연구팀은 폐렴형 페스트에 대한 최초의 백신을 개발해 동물 실험에서 성공적으로 시험했다. 이 백신의 기반은 2년 전 연구진이 개발한, 인간 세포에서도 박테리아 단백질을 생성하도록 유도하는 방식이었다. 바이러스에 대한 mRNA 백신과 달리, 박테리아 병원균에 대한 이러한 백신은 세포에서 이러한 외래 단백질을 생성하도록 유도하는 것이 훨씬 더 복잡하다.

이유는 바이러스가 이미 우리 몸의 세포 시스템을 통해 단백질을 생성하도록 적응되어 있다는 것이다. 바이러스는 이러한 목적에 특화된 효소를 생성하며, 이 효소는 mRNA 백신에도 사용될 수 있다. 반면 박테리아는 자체 단백질 공장을 가지고 있다. 따라서 연구진은 먼저 적절한 유전적-생화학적 신호 전달 경로를 찾아야 한다. mRNA가 이러한 "지시"를 세포에 전달하면, 세포는 박테리아 단백질을 생성하여 면역 체계에 경고 신호를 보낼 수 있다.

두 가지 전염병 단백질에 대한 청사진

Elia와 그의 동료들은 이 원리를 이용하여 폐렴 페스트에 대한 최초의 mRNA 백신을 개발했다. 이 백신은 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis)의 두 가지 단백질에 대한 mRNA 청사진을 기반으로 한다. 연구진은 "F1 단백질은 박테리아의 캡슐을 형성해 숙주 세포의 식세포작용으로부터 보호한다"며 "LcrV 단백질은 숙주의 염증 반응을 억제한다”고 설명했다.

mRNA 기반 코로나바이러스 백신과 마찬가지로, 메신저 RNA에 암호화된 청사진은 지질 나노쉘에 포장된다. Elia는 "이 지질 나노입자는 인간 세포막과 구성이 유사해 세포막과 융합할 수 있다"고 설명했다. 세포는 이 청사진을 읽고 박테리아 단백질을 생성한다. 이를 통해 면역 체계는 전염병 병원체의 이러한 바이오마커를 인식하고 기억할 수 있다.

▲ mRNA는 지질 소포에 담겨 세포 내로 전달될 수 있다. 최신 mRNA 약물은 이러한 목적을 위해 특별히 최적화된 지질 나노입자를 사용한다. © Fancy Tapis/Getty Images

매우 공격적인 전염병 균주에 대해서도 100% 예방

새로운 폐렴 페스트 백신은 이미 동물 실험에서 효과가 입증됐다. 생쥐에게 14일 간격으로 mRNA 백신을 2~3회 접종한 후, 폐렴 페스트 병원균을 비강 스프레이로 치사량을 투여했다. 연구진은 "백신 접종 후 생쥐는 폐렴 페스트에 대해 100% 예방 효과를 보였다"고 보고했다. 단 두 번의 접종만으로도 모든 생쥐가 일반적으로 치명적인 감염에서 생존했다.

▲ 다양한 마우스 균주에서 폐렴성 Y. pestis에 대한 LcrV의 면역원성 및 보호 효능. A) 백신 접종 요법의 모식도. C57BL/6, BALB/c 및 CD-1 마우스(n = 8/균주)에 SP-lcrV(5µg), SP-lcrV-hFc(5µg) 또는 rLcrV(80µg)를 0, 14 및 28일에 근육 내 접종했다. (출처:Novel Bivalent mRNA-LNP Vaccine for Highly Effective Protection against Pneumonic Plague / Advanced Sciende. First published: 25 April 2025)

mRNA 페스트 백신은 다른 두 가지 매우 공격적인 페스트균(Yersinia pestis)에도 유사한 효과를 보였다. 엘리아는 "생쥐들은 전혀 아프지 않았다"고 보고했다. 따라서 이 새로운 백신의 높은 예방 효과는 향후 mRNA 기술을 위험한 전염병에 사용할 가능성을 열어준다. 예를 들어, 마다가스카르에서 재발하는 전염병 발생을 예방하는 데 도움이 될 수 있다.

전염병 및 생물무기 테러 방지

"세계보건기구(WHO)가 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis)를 잠재적인 1급 생물무기로 분류한 점을 고려할 때, 이 mRNA 플랫폼은 기존의 감염 예방 수준을 넘어선다고 연구팀은 밝혔다. mRNA 백신은 전염병 병원균을 이용한 테러리스트의 생물학적 공격에도 사용될 수 있다. 더 나아가, 엘카와 그의 동료들이 설명하듯이, 이 기본 원리는 다른 박테리아 병원균에 대한 백신에도 적합하다.

그러나 폐렴형 전염병에 대한 새로운 mRNA 백신이 승인되려면 먼저 추가 동물 실험을 거쳐야 한다. 그런 다음 인체를 대상으로 한 최초의 임상 시험이 시작될 수 있다.

참고: Advanced Science, 2025; doi: 10.1002/advs.202501286
출처: Tel-Aviv University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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