최근 세계보건기구(WHO)는 새롭게 주목을 끌고 있는 SARS-CoV-2 변이를 발견했습니다. 새로운 오미크론 변이(B.11.539)는 남아프리카 공화국의 대표적인 유전자 서열 연구 조직이 처음 발견하여 WHO에 보고했습니다. 현재까지 가장 많이 변형된 이 특별한 변이는 50가지가 넘는 돌연변이가 발견되었으며 그중 30가지 이상이 스파이크 단백질에서 나타납니다.
오미크론 변이에 대한 우려
오미크론 변이에 대한 예비 연구에 따르면 2019년 중국에서 처음 발견된 바이러스가 최초 형태에서 크게 진화되었음을 알 수 있으며 이는 기존 COVID-19 감염자의 재감염 가능성과 현재 1세대 백신의 면역력이 효과를 발휘하지 못할 가능성이 크게 증가했음을 의미합니다. 이러한 변이는 전세계의 팬데믹 회복 추세를 크게 둔화시켜 사회, 경제적인 영향을 미칠 수 있습니다.
오미크론의 구조는 오미크론 변이가 면역 회피와 전달성에 대해 더 큰 우려를 낳는 주된 이유이며, 백신 접종자도 예외가 아닙니다. 여러 가지 수용체 결합 영역(RBD) 및 N-말단 영역(NTD) 돌연변이가 중화 항체 저항과 관련이 있으며 프로타아제 분해 돌연변이는 셀 주입을 용이하게 하고 전달성을 높일 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 실제로, 여러 연구에서 이러한 돌연변이가 변이된 SARS-CoV-2 바이러스를 중화하는 면역 체계 기능에 영향을 미치고 면역 중화 기능을 10배까지 낮출 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.
새로운 변이는 남아프리카 공화국에서 처음 발견되었으며 현재 오스트레일리아, 유럽, 캐나다, 아시아는 물론 최근에는 미국에서도 사례가 확인되었습니다. 그러나 많은 전문가들은 이전 델타 변이 확산 경험을 토대로 오미크론이 이미 전세계에 크게 확산되었을 것으로 믿고 있습니다. 나파모스타트, 카모스타트메실산염 등과 같이 SARS-CoV-2의 비스파이크 단백질을 표적으로 삼는 저분자 약물도 있고 오미크론에도 효과적이지만 이 팬데믹 상황을 종식시키기 위해서는 현재는 물론 향후 나타날 변이에도 효과적일 수 있는 백신 개발이 필요합니다.
스파이크 단백질의 역할
즉, 1세대 COVID-19 백신의 표적이 되는 주요 항원은 SARS-CoV-2 바이러스성 스파이크(S) 단백질(아래 그림 참조)입니다. 이 단백질은 SARS-CoV-2 바이러스가 인체 세포에 침투하는 데 도움을 줍니다. 오늘날의 최신 mRNA 백신은 S 단백질을 항원으로 인코딩하여 중화합니다.
SARS-CoV-2 바이러스의 빠른 진화에 따라 연구원들은 S 단백질만으로도 백신 설계에 적합한 항원인지 여부를 평가해야 합니다. 팬데믹 무력화를 위한 백신 및 치료법 포트폴리오가 처음 전개되고 있는 현 상황에서 과학자들은 SARS-CoV-2 바이러스에 대한 면역 반응과 관련해 지난 2년 간 얻은 모든 정보, 방어 면역과 반응의 상관 관계, 변이를 거듭하는 S 단백질 표적화를 확대 또는 배제하기 위해 필요한 2세대 백신 제조와 이러한 연구의 연관성을 고려해야 합니다.
지속적인 면역성 확보를 위한 과정
특히 SARS-CoV-2처럼 진화와 변이를 거듭하는 바이러스에 대한 "방어 면역"을 개발하려는 노력에 영향을 미치는 요인은 많습니다. 이상적으로는 침입 바이러스, 박테리아 등을 인식 및 비활성화할 수 있는 면역 반응을 달성해야 합니다. 방어 면역에는 체액 면역과 세포 면역이 모두 포함됩니다. 최근 발표된 연구에서 보고된 SARS-CoV-2에 대한 면역 반응이 아래 표에 나와 있습니다. 미감염자의 COVID-19 단백질에 대한 항체 및 T-세포 반응은 폭넓게 나타나지만 완벽하지는 않습니다. 이러한 반응은 주로 바이러스 구조 단백질(S, 핵단백질, 막단백질)을 표적으로 삼습니다. 이러한 반응의 일부가 방어 면역을 주로 담당합니다.
| 체액 면역 | 세포 면역 | ||||
| 단백질 항원 | IgG* | IgA* | CD4 T-세포 | CD8 T-세포 | 기억 T-세포 |
| 3C-유사 프로테아제 | + | + | |||
| S 단백질 | + | + | + | + | + |
| 핵단백질 | + | + | + | + | + |
| 작은 외피 막 단백질 | + | ||||
| 막 단백질 | + | + | + | + | |
| Orf3 단백질 | + | + | |||
| Orf6 단백질 | |||||
| Orf7a 단백질 | + | ||||
| 부속 단백질 7b | + | ||||
| Orf8 단백질 | + | + | + | ||
| Orf10 단백질 | |||||
*S 단백질 중화 항체 포함
S 단백질 항원은 바이러스 표면을 덮어 면역 체계가 쉽게 발견할 수 있다는 점에서 방어 면역의 적합한 표적입니다. 그러나 위 표에 나와 있는 일부 체액 및 세포 면역 반응은 스파이크 단백질 이외의 SARS-Cov-2 항원이 그 표적입니다. 이러한 관찰 결과는 바이러스 변이 및 돌파 감염의 발생과 함께 단일 항원(즉 S 단백질)에 대한 면역 반응을 공략하는 백신이 효과적인 백신에 필요한 폭넓은 면역성을 제공하지 못할 수 있음을 시사합니다. 이러한 유형의 중화 항체는 일반적으로 방어 면역 반응의 필수 요소이지만 면역력을 유지하는 데는 충분하지 않습니다. 다른 SARS-CoV-2 항원에 대한 체액 및 세포 반응이 광범위한 방어 면역을 제공할 수 있는지에 대해서는 연구가 더 필요합니다.
인플루엔자 백신에 대한 지속적인 면역성 확보에서 얻을 수 있는 교훈
SARS-CoV-2 감염과 방어 면역의 관계는 정확하게 알려져 있지 않지만 인플루엔자 바이러스(IAV) 백신에 대한 최근 연구에서 몇 가지 유용한 통찰력을 얻을 수 있습니다. IAV 기질 단백질(M2e) 또는 핵단백질(NP) 면역은 모두 방어 면역을 생성합니다. COVID-19 백신 연구원들은 변이가 많은 SARS-CoV-2 S 단백질과 ORF8과 같은 고유한 보존성 SARS-CoV-2 단백질을 표적으로 정할 수 있습니다. ORF8 단백질은 현재 그 특성이 정의되지 않았지만 2세대 SARS-CoV-2 백신의 새로운 보존성 항원 표적이 될 수 있습니다.
현재 임상 및 임상 전 백신의 경우 전체 불활화 바이러스(IV) 또는 약독화 바이러스(LAV)를 사용하여 면역 체계에 다양한 항원을 제공해야 하는 경우는 적습니다. 개발 중인 멀티에피토프/다중항원 백신은 훨씬 더 적고 임상 데이터도 부족합니다. 예비 연구에서는 허용되는 수준의 단백질을 얻을 수 있다고 제안하지만 중화 항체 감소의 원인이 명확하지 않으며 방어 면역에 대한 보다 정확한 이해를 위한 추가 연구가 필요합니다.
바이러스 진화에 따른 새로운 치료법 필요
S 단백질만을 표적으로 하는 현재의 SARS-CoV-2 백신은 항바이러스성 치료법과 차세대 백신 개발을 위한 중요한 첫 단계입니다. 이러한 백신의 효능과 개발 속도는 전례를 찾아볼 수 없는 수준이었습니다. 델타와 같은 새로운 변이 역시 백신이 입원과 사망률을 크게 낮추었다는 사실을 데이터로 알 수 있습니다. 그러나 바이러스가 변이와 진화를 거듭하면서 S 단백질만을 표적으로 하는 방법은 방어 면역에 충분하지 않을 수 있습니다. 보다 다양한 항원을 표적으로 정확히 바이러스 확산을 차단할 수 있는 항바이러스성 치료법이 결합된 여러 가지 유형의 백신을 포함할 수 있는 보다 포괄적인 접근법이 필요합니다.
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