[건강] `코로나19' 백신 개발 가속...`죄수의 딜레마'를 피하라 생명건강

Vac1.jpg » 제약업체 머크는 긴급한 수요를 겨냥해 옥스퍼드대 백신의 제조 플랫폼을 개발하기로 했다. 머크 제공

왜 치료제가 아닌 백신인가

"우리의 모든 걸 쏟아부어 세계 최초의 코로나19 백신 개발 국가가 되겠다."
영국 보건부 장관 매트 핸콕이 지난 17일 옥스퍼드대의 `코로나19' 백신 임상시험 돌입 사실을 발표하면서 한 말이다. 미증유의 사태에 임하는 자못 비장한 각오가 담겨 있다. 옥스퍼드대 백신연구그룹은 이 대학의 제너연구소와 함께 23일부터 코로나19 백신 임상시험을 시작했다. 임상1상 시험에는 18~55세의 건강한 성인 510명이 참여한다. 지금까지 진행한 코로나19 백신 임상시험 중 가장 규모가 크다. 이들에게 투여되는 백신('ChAdOx1 nCoV-19')은 침팬지 아데노바이러스를 벡터(운반체)로 이용한 약물이다.
영국은 18세기말 세계 최초로 백신을 만든 나라다. 1796년 영국 외과의사 제너가 소의 우두를 인간 피부에 접종해 천연두 항체를 만드는 `종두법'을 개발했다.
미국, 중국에 이어 영국이 임상시험에 뛰어들면서 코로나19 백신 개발 경쟁이 달아오르고 있다. 각기 `세계 최초'를 다짐하면서 백신 패권을 겨루는 양상이다. 그 배경엔 백신 종주국 영국의 자존심, 초기 대응에 실패한 중국과 11월 대통령 선거를 앞둔 미국의 정치적 동기도 있는 것으로 보인다. 중국의 움직임이 가장 활발해 벌써 백신 후보 약물 5건이 임상시험에 들어갔다. 방역대응에서 세계의 모범사례로 주목받고 있는 한국도 최근 치료제와 백신 개발을 위한 범정부 추진단을 꾸렸다.
코로나19의 확산 속도는 전례 없을 정도로 빠르다. 다섯달도 안돼 전 세계 211개국에서 300만명을 감염시키고 20만명을 숨지게 했다. 전문가들은 팬데믹(세계적 대유행 전염병) 사태가 장기간 계속될 가능성이 크다는 점에서 치료제보다 백신에 더 기대를 건다.  정은경 중앙방역대책본부장은 20일 브리핑에서 "코로나19가 유행과 완화를 반복하다가 겨울철이 되면 바이러스가 생기기 좋은 환경에서 대유행으로 이어질 가능성이 있다"고 내다봤다. 바이러스 자체의 전파력이 높은 데다 무증상 비율도 30%나 되고 면역 형성 과정이나 면역 지속 기간도 밝혀진 게 없어 장기전을 각오해야 한다는 것이다. 국제 학술지 <네이처>에 따르면 전 세계에서 확인된 백신 개발 프로그램은 80건에 육박한다. 이 가운데 임상시험 단계까지 나아간 것은 중국 5건을 포함해 모두 10건을 넘어섰다.

임상시험 승인을 받거나 진행중인 코로나19 백신 후보 약물(4월24일 현재)

나라 

백신 개발업체와 이름(유형) 

 미국

모더나 테라퓨틱스 mRNA-1273(RNA백신)

이노비오 파마슈티컬스 INO-4800(DNA 백신)

 중국

캔시노 바이오로직스 Ad5-nCoV(아데노바이러스5형 벡터 백신, 임상2상)
선전시유전자면역요법연구원 (렌티바이러스 벡터 백신 2건)
시노팜 (불활성백신)
시노백 (불활성백신)

 영국

옥스퍼드대 ChAdOx1 nCoV-19(아데노바이러스벡터백신)

 독일

바이오엔테크 BNT162(RNA 백신 4건)


어떤 백신이 개발 중인가

  백신이란 몸속에서 항체를 만들어내는 의약품을 말한다. 전통적 백신은 실제 바이러스를 이용했다. 바이러스를 반복 배양하면서 독성을 낮추거나(생백신 또는 약독화백신), 포르말린 같은 살균제를 이용해 독성을 없앤 바이러스(사백신 또는 불활성백신)를 몸속에 주입해 질환을 유발하지 않고 면역 반응만 일으키는 방식이다. 천연두, 수두, MMR(홍역 , 유행성이하선염, 풍진의 3종 혼합백신) 백신이 전자에, 계절성 독감 백신이 후자에 속한다.  보통 숙주와 공생하는 바이러스는 시간이 지나면서 독성이 약해지는 데 착안한 것이 생백신이다. 가장 효과가 좋고 면역 지속기간이 길다. 사백신, 즉 죽은 바이러스를 사용하는 백신은 바이러스 단백질이 제 기능을 하지는 않되 면역 반응을 유도할 수 있도록 정교한 작업이 필요한 백신이다. 여러차례 시도해야 만족할 만한 결과를 얻을수 있다. 효과도 생백신보다 덜하고 면역 지속기간도 비교적 짧다. 바이러스 전체가 아닌 면역 반응을 일으키는 특정 단백질 조각만을 골라 사용하는 방식도 있다. 비형 간염, 대상포진 백신이 이 유형에 속한다.
하지만 이런 전통 방식은 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 이에 따라 사태 진정이 다급한 코로나19에서는 빠르고 쉽게 만들 수 있는 유전공학 기법이 백신 개발의 주축을 이루고 있다. 그 중에서도 최신 기법은 항원 단백질을 만드는 유전자를 디엔에이(DNA) 또는 알엔에이(RNA) 형태로 주입하는 핵산 백신이다. 유전물질을 체내에 주입해 표적 항원을 생산하고, 이것이 세포 안에서 면역 반응을 일으키도록 하는 방식이다.
미국에서 임상시험을 진행중인 모더나 테라퓨틱스와 이노비오 파마슈티컬스의 백신이 대표적인 사례다. 모더나가 국립알레르기·전염병연구소(NIAID)와 공동 개발한 백신 ‘mRNA-1273’은 이름처럼 RNA를 이용한다.  지난 3월 세계에서 가장 먼저 18~55살의 건강한 성인 자원자 45명을 대상으로 임상시험에 돌입했다. 이 백신은 바이러스 표면에 솟아 있는 돌기(스파이크) 단백질의 유전정보를 담은 전령RNA(mRNA)를 몸 속에 들여보내 ‘가짜 돌기단백질’을 만든 뒤, 진짜가 들어오기 전에 세포들이 항체를 만들어 놓도록 유도하는 것이다. 돌기 단백질은 바이러스가 인체 세포에 침투하는 도구로 사용하는 물질이다. RNA가 체내 효소에 분해되지 않도록 특수 캡슐로 싸서 주입한다.
4월 초 임상시험에 들어간 이노비오의 백신 ‘INO-4800’는 DNA를 이용한 백신이다. 지난 3월 백악관 회의 이후 임상시험 일정을 2개월 앞당겼다. 이 회사가 DNA 백신을 설계하는 데는 불과 3시간밖에 걸리지 않았다고 한다. 이노비오의 백신은 디엔에이 플라스미드(항원 단백질을 만드는 유전물질)를 이용한다. 플라스미드는 염색체가 아니면서도 독자적으로 증식하는 DNA 분자다. 전기로 세포막에 구멍을 뚫어 DNA 분자를 들여보내는 전기천공법(electroporation)을 이용해 체내 주입한다.
핵산 백신은 실제 바이러스를 쓰지 않기 때문에 안전하다는 게 장점이다. 바이러스를 배양할 필요도 없어 생산도 쉽다. 문제는 인간한테 사용해본 경험이 없다는 점이다. 안전성과 약효를 검증받지 못한 상태다. 옥스퍼드대 제너연구소의 애드리안 힐 소장은 이를 두고 "자동차는 만들었는데, 그 차가 달릴 수 있는지는 아직 모르는 것과 같다"고 말한다. 디엔에이 백신은 메르스 때 개발돼 임상시험에서 면역 반응을 확인했지만 알엔에이 백신은 이번이 처음이다.
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중국에서 임상시험에 들어간 백신도 주로 유전공학 기법을 이용한다. 독성을 없앤 다른 바이러스에 코로나19 바이러스의 특정 단백질 유전자를 넣어 환자 몸 안에서 스스로 항원을 생산해 면역 반응을 유도한다. 지난해 11월 승인을 받은 에볼라백신이 이 방식으로 만들어졌다. 다른 바이러스의 유전자를 재조합해 벡터(운반체)로 이용한다고 해서 재조합 벡터 백신이라고 부른다. 중국의 캔시노 바이오로직스가 중국 군사의학과학원과 함께 개발한 백신 `Ad5-nCoV'은 아데노바이러스를 운반체로 이용했다. 아데노바이러스는 리노바이러스, 코로나바이러스와 함께 감기를 유발하는 3대 바이러스다. 백신 제조를 위한 유전자 운반체로 널리 쓰이는 바이러스다. 캔시노는 최근 임상1상 돌입 한 달만에 임상2상 단계를 시작한다고 밝혔다. 가장 먼저 백신을 내놓기 위해 개발 일정을 밀어붙이고 있는 것으로 보인다. 중국 선전시유전자면역요법연구원도 렌티바이러스를 운반체로 한 유전자 재조합 백신 2개를 임상시험하고 있다. 12일 중국 국영제약기업 시노팜 소속 우한생약연구소와 우한바이러스연구소, 13일 시노백(베이징커싱)의 불활성백신(사백신) 임상시험 2건이 잇따라 승인을 받았다.
한국에선 현재 한국화학연구원, 녹십자, 제넥신 등 10여개 업체와 기관이 백신 개발에 나섰다. 정부는 국산 백신 목표 시점을 2021년 하반기로 잡고 있다. 하지만 아직 임상시험 단계에 들어간 곳은 없다. 다만 국제백신연구소와 국립보건연구원이 오는 6월 미국 이노비오 백신을 국내에서 임상시험한다는 계획을 발표한 정도다.
vac4.jpg » 중국 캔시노 바이오로직스의 시험용 백신.

올해 안에 백신 접종이 가능할까

백신을 개발하는 데는 보통 10년은 걸리는 것으로 알려져 있다. 역대 가장 빠른 속도로 개발됐다는 에볼라 백신 어비보(Ervebo)도 5년이 걸렸다. 국제 학술정보 분석업체 클래리베이트의 인공지능 예측 시스템은 모더나의 코로나19 백신 시판 시기도 5년 후인 2025년 6월로 예상한다. 그러나 각국 정부와 기업, 국제기구의 전폭적 지원을 받고 있어 예상보다는 빨리 나올 가능성이 있다. 국제기구가 거액을 지원하고 있고, 각국 정부는 신속승인 절차로 뒷받침하고 있다. 업체들은 필요하면 일부 시험은 거르거나 동시에 진행하는 걸 염두에 두고 있다. 마이크로소프트 창업자 빌 게이츠는 빌앤드멀린다게이츠재단을 통해 두 차례에 걸쳐 3억5천만달러를 백신 개발에 제공하면서 "12~18개월 안에 하나 이상의 백신이 성공할 수 있을 것으로 본다"며 "이는 인류 역사상 가장 빠른 백신이 될 것"이라고 말했다. 에볼라백신이 임상 1상에서 3상까지 10개월 걸린 점을 고려하면 불가능한 목표는 아니다. 이노비오는 가을까지 일단 임상시험을 마치고, 연말까지 100만회 분량의 백신을 만들어 긴급 사용할 수 있도록 한다는 계획이다. 모더나 역시 올해 안에 임상3상 시험까지 끝낼 계획이다. 중국 캔시노는 가을 안에 임상시험을 모두 마친다는 목표다. 세계보건기구는 어려움은 있겠지만 12~18개월 후엔 제품화한 백신이 나올 수 있을 것으로 기대한다. 에볼라 바이러스 발견자인 영국 미생물학자 피터 피오트 박사는 <테드메드> 인터뷰에서 "백신 후보 물질을 발견하는 데 1~2개월, 약효와 안전성을 테스트하기까지 1년, 그리고 수백만명 분량의 백신을 제조할 때까지 18~24개월이 걸릴 것"이라고 말했다. 
물론 이는 어디까지나 개발과 시험이 순조롭게 진행될 경우다. 제롬 김 국제백신연구소 사무총장은 22일 열린 카이스트 글로벌전략연구소 주최의 국제포럼 기조연설에서 "실험실에서 연구하는 백신 후보 중 93%는 실패한다"며 "동물실험이나 임상시험 단계로 나아가는 것은 이 가운데 7%이고, 그 중에서도 10개 중 1개가 성공할지말지"라고 말했다. 실제 백신 개발사를 보면 섣불리 낙관할 수 없다는 것이다. 클래리베이트의 인공지능이 예측한 모더나 백신의 성공 확률도 5%에 불과하다.
현재 개발 속도로 보면 올 여름쯤에는 어떤 백신이 실제로 접종 가능한 단계까지 갈 수 있는지 윤곽이 드러날 것으로 보인다. 그러나 전문가들 사이에선 과속을 우려하는 목소리도 만만찮다. 백신은 건강한 사람을 대상으로 시험하는 만큼 안전성을 소홀히 할 경우 약이 오히려 치명적 독이 될 수도 있다는 이유에서다. 예컨대 1950년대 서유럽에서 입덧 완화제로 인기 높았던 탈리도마이드(thalidomide)는 1만명이 넘는 기형아 사태를 초래했다. 동물 실험에서 부작용이 없었던 것만 믿고 인간 임상시험을 등한시한 대가였다. 모더나의 백신은 동물실험을 마치지 않은 상태에서 임상시험에 들어갔다.
한국과학기술단체총연합회가 대한민국의학한림원, 한국과학기술한림원과 함께 지난 17일 연 'COVID-19 치료제 및 백신 개발 어디까지 왔나' 온라인 공동포럼에 참석한 전문가들은 안전성에 더 비중을 둘 것을 주문했다. 박혜숙 교수(이화여대 의대 예방의학교실)는 "코로나19의 경우 백신의 시급성이 매우 크지만 과학적 설계와 평가 없이 이뤄지면 더 큰 위험을 초래할 수 있다"고 말했다. 박 교수는 "세계보건기구가 승인한 에볼라 백신에서도 임상3상 결과를 두고 논란이 있다"며 "백신 심사는 사회적 압박이 아닌 안전성을 기반으로 해야 한다"고 강조했다. 김성민 교수(충남의대 감염내과)는 백신 개발이 되더라도 중증과 사망률이 높은 고위험군을 대상으로 제한적으로 사용할 것을 제안했다.
Salk-child-Karsh.jpg » 소아마비백신을 주사하는 조너스 소크 박사.Wisdom Magazine, Aug. 1956 (Vol 1, No. 8)/위키미디어 코먼스

백신 개발에 성공하면 모든 게 끝날까

백신 개발에 성공해도 또 하나의 큰 벽을 넘어야 한다. 공급과 수요를 어떻게 처리하느냐는 문제다. 현재 전세계에서 생산하는 백신은 연간 50억회 분량에 해당한다. 코로나19와 같은 팬데믹 백신 수요를 충당하려면 당장 수십억회 분량이 필요하다. 상당 시간 백신 생산 능력은 수요를 따라가지 못할 가능성이 크다.
공급과 수요의 불균형은 또다른 국가간 분쟁의 소지가 될 수 있다. 한정된 양의 백신에서 최대 효과를 내려면 최고의 위험군에 백신을 공급하는 것이 상책이다. 그러나 백신 제조국 입장에선 위험군과 상관없이 우선 자국민부터 모두 접종시키려 할 것이다. 이는 자국의 작은 이익을 지키려다 전 세계가 더욱 큰 피해를 입는 상황을 초래할 수 있다. 전염병대비혁신연합(CEPI)의 리처드 해치트(Richard Hatchett) 대표는 경제 주간지 <이코노미스트> 인터뷰에서 세계가 지금 `죄수의 딜레마'에 빠져 있다고 말했다. `죄수의 딜레마'란 두 명의 범죄 용의자가 고민스런 선택을 해야 하는 상황을 말한다. 둘 다 묵비권을 행사하면 둘 다 가벼운 처벌을 받는다. 자백을 하면 자신은 석방되고 다른 사람이 죄를 뒤집어 쓴다. 두 사람이 각자 석방되기 위해 자백을 한다면? 둘 다 큰 처벌을 받게 된다. 해치트 박사는 어떤 백신이 실제 유망한지 불확실한 지금이 바로 죄수가 처한 상황과 같다고 말한다. 바로 이런 상황이 세계적 협력을 끌어낼 수 있는 적기라는 것이다. 그는 "어떤 백신이 유망한지 드러날수록 인류 차원이 아닌 국가적 이해관계가 득세할 수 있다"고 경고했다. 인류가 코로나19 수렁에서 빠져나올 수 있는 관건은 각국이 정치적 계산에서 벗어날 수 있느냐에 달려 있다는 지적이다.
특허라는 지식재산권 문제도 있다. 현재 소아마비가 박멸 수준에 이르게 된 데는 1955년 백신을 개발한 조너스 소크 박사가 당시 70억달러 가치의 특허권을 포기한 것이 결정적인 영향을 끼쳤다. 당시 소크 박사는 6년만에 백신을 개발하는 기록을 세우기도 했다. 특허가 사라지면서 각국에서 아주 싼 값에 백신을 접종할 수 있게 됐기 때문이다.
때마침 세계보건기구(WHO)는 4월24일 코로나19 치료제와 백신의 공동 개발과 공정한 분배를 위한 국제이니셔티브를 출범시켰다. 우선 프랑, 독일을 포함한 유럽연합 회원국들과 남아프리카공화국, 빌앤멜린다게이츠재단 등이 참여했다. 테워드로스 아드하놈 거브러여수스 WHO 사무총장은 출범 행사에서 "이는 코로나19의 백신과 진단, 치료제의 개발과 생산, 공평한 분배를 가속하기 위한 기념비적인 협업"이라고 강조했다. 그러나 백신 개발에서 앞서고 있는 미국은 참가하지 않았다. 조짐이 썩 좋지만은 않다.
다만 미 국립보건원은 12개 제약업체 및 유럽의약청(European Medicines Agency)과 ‘코로나19 치료제 및 백신 개발 가속화(Accelerating COVID-19 Therapeutic Interventions and Vaccines, ACTIV)’라는 이름의 협력 협정을 맺었다. 애브비, 암젠, 아스트라제네카, 글락소 스미스클라인(GSK), 존슨&존슨, 머크, 노바티스, 화이자, 로슈, 사노피 등의 제약업체들이 참여했다.

*지면 기사(2020.4.27.)

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