[미래기술25]①mRNA 코로나19를 넘어, 질병방어 ‘구원투수’로

“고난은 발전의 밑거름이다.”

미국의 사상가 겸 시인 랄프 왈도 에머슨은 이렇게 말했습니다. 이를 여실히 보여주는 것이 2020년 ‘코로나19 팬데믹’(대유행)입니다. 역설적이게도 인류의 비극은 신약 개발 기술을 비약적으로 발전시켰습니다. 통상 신약개발에 드는 시간은 10년. 하지만 글로벌 제약사들은 단 11개월 만에 코로나19 백신을 개발하며 과학기술과 백신의 역사를 새로 썼습니다.

가장 주목받는 것은 메신저 리보핵산(mRNA) 백신입니다. mRNA 백신은 세계에서 처음으로 발명됐음에도 예방효능 90% 이상을 자랑하며 팬데믹을 잠재우는 데 큰 공을 세웠습니다. mRNA 백신을 개발한 모더나와 바이오엔테크가 단숨에 세계적인 바이오 회사로 발돋움한 데도 mRNA 백신의 힘이 컸습니다. 코로나19 변이바이러스가 끝없이 나오는 상황에서 거의 유일하게 대안으로 떠오르는 백신은 mRNA밖에 없습니다. 우리나라도 mRNA 기술을 하루빨리 확보해야 하는 이유입니다.

[이데일리 유진희 기자] 코로나19 사태의 돌파구를 만들었던 mRNA 백신이 또 다른 인류 난제 해결을 위해 무대를 이동하고 있습니다. 암, 심혈관과 자가면역 질환 등 인류가 완전히 극복하지 못한 질병들의 해결사를 자처하는 분위기입니다. 선봉장으로는 코로나19 mRNA 백신을 처음으로 개발한 미국의 생명공학기업 모더나가 나섰습니다.

(사진=게티이미지)

◇모더나 창업자 랭거 “맞춤형 백신 가능”

모더나는 모든 질병에 대한 맞춤형 mRNA 백신을 2030년까지 내놓을 계획입니다. 모더나의 창업자 로버트 랭거 미국 매사추세츠공대(MIT) 석좌교수는 지난 4월 제주 국제컨벤션센터(ICC)에서 열린 한국생물공학회 ‘춘계학술발표대회 및 국제심포지엄’ 온라인 기조강연에서 “mRNA 기술로 암 환자를 위한 맞춤형 백신도 만들 수 있다”고 직접 밝히기도 했습니다. 그는 20년 이상 나노 과학을 연구한 관련 분야 세계 일인자입니다.

이미 성과도 나오고 있습니다. 일례로 모더나가 최근 공개한 흑색종 mRNA 백신 임상에 따르면 mRNA 암 백신과 미국 머크의 면역항암제 키트루다를 병용한 환자군은 단독 사용한 환자군보다 피부암 재발이나 사망이 44%나 낮았습니다.

당시 랭거 교수는 “코로나19 백신을 개발할 때도 유전체 정보가 나오고, 한 달 만에 테스트 백신이 개발됐다”며 “개발 속도가 빠른 mRNA 백신은 감염병과 환자 맞춤형 치료제 개발에 상당히 유용할 것”이라고 전했습니다.

모더나의 자신감은 코로나19를 통한 성공 경험에서 비롯됩니다. mRNA 코로나19 백신은 변방의 바이오벤처 모더나를 단숨에 글로벌 기업으로 탈바꿈시켰습니다. 실적이 말해주고 있습니다. 모더나는 코로나19 백신 접종이 시작된 2020년 8억달러(약 1조원)로 시작으로 2021년 185억달러(약 24조원), 2022년 193억달러(약 25조원)의 매출액을 각각 올렸습니다.

이재용 삼성전자 부회장(왼쪽)이 2021년 11월 16일(현지시간) 미국 매사추세츠주 캠브리지에서 누바 아페얀 모더나 공동 설립자 겸 이사회 의장을 만나 기념 촬영하고 있다. (사진=삼성전자)

◇코로나19 해결 주역 mRNA 백신..‘기적’ 아닌 ‘필연’

이를 기적과 같은 일이라고 평가하는 사람도 있습니다. 하지만 mRNA 역사와 특장점을 이해한다면 오히려 ‘왜 더 빨리 mRNA 백신이 상용화되지 못했을까’라는 반문을 하게 될 것입니다. 답을 찾기 위해서는 백신의 역사를 언급하지 않을 수 없습니다.

과거에는 백신에 진짜 바이러스를 사용했습니다. 바이러스를 가열하거나 화학물질 처리해서 병원성을 잃게 만든 다음 몸에 집어넣어 항체를 형성하는 방식이었습니다. 수두, 장염, 홍역, 장티푸스 백신이 대표적입니다. 이 같은 백신은 예방효능이 좋지만, 균 자체를 주입하기 때문에 바이러스의 병원성이 살아 있을 수 있습니다. 제조 기간이 길며 장기간 보관도 쉽지 않습니다.

mRNA 백신은 바이러스 유전정보를 담은 백신입니다. 덕분에 기존 백신과 같은 단점이 없습니다. 코로나19 mRNA 백신을 예로 들어보겠습니다. 코로나19 mRNA 백신은 코로나19의 유전정보만을 이용해 체내에서 이와 유사한 단백질을 만들도록 합니다. 병원성에 감염될 우려도 없고 게놈 DNA 삽입에 의한 돌연변이 유발 위험도 적습니다. 정상적인 세포 대사 과정을 통해 분해되기 때문에 체내 반감기(효능이 줄어드는 기간)를 조절할 수도 있습니다. 재료인 뉴클레오사이드를 조금만 변형하면 안정성과 단백질 합성과정의 효율을 증가시킬 수도 있습니다.

(사진=게티이미지)

◇LNP로 mRNA 백신 단점 보완..유통 문제 등 과제도

1961년 최초로 발견된 mRNA가 이 같은 장점에도 2020년에서야 비로소 백신으로 역할을 했습니다. 일부 문제점도 있었기 때문입니다. 우리 몸이 mRNA를 침입자로 인식해 공격하고, 그 과정에서 과도한 면역반응 부작용이 발생했습니다. 체내 효소로부터 잘 분해되는 특성 때문에 세포 안으로 주입해 효능을 발휘하게 하는 것도 어려운 일이었습니다. 동물실험 결과 mRNA 분자 1만 개당 1개 정도(0.01%)만 전달되는 데 그쳤습니다.

첫 번째 과제는 1970년대부터 mRNA를 지속해 연구해왔던 카탈린 카리코 펜실베이니아대 교수가 해결했습니다. 2005년 mRNA 염기서열 중 하나인 유리딘을 메틸수도유리딘으로 바꿔 면역반응을 일으키지 않는 mRNA를 합성할 수 있음을 밝힌 겁니다. 2014년에는 mRNA 염기 서열 엔지니어링을 통해 단백질 합성 과정의 효율을 크게 증가시킬 수 있는 기술도 개발했습니다.

두 번째 과제는 랭거 교수가 해답을 내놨습니다. 그는 인지질(이온화 인지질·ionizable lipid), 콜레스테롤, 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 만든 지질나노입자(LNP·lipid nanoparticle)가 mRNA를 세포 안까지 안전하게 전달할 수 있다는 점을 발견했습니다. mRNA 백신이 코로나19 사태에서 큰 역할을 할 수 있게 된 요인입니다.

그럼에도 활용도가 더 높아지려면 극복해야 할 점이 존재합니다. 상용화된 mRNA 백신은 모두 LNP를 약물전달체로 사용합니다. LNP를 더 안정된 상태로 만들기 위해 들어가는 PEG 때문에 심각한 전신 알레르기 증상인 ‘아나필락시스’ 부작용이 있습니다. 또 LNP는 구조가 불안정해 초저온에서 보관해야만 합니다. 화이자·바이오엔테크 mRNA 백신의 경우 영하 70도 상태에서 유통해야 하고 모더나 백신 역시 영하 20도에 보관해야 합니다. 접종 과정에서는 드물지만 심근염·심낭염 발생이 보고되고 있습니다.

(사진=게티이미지)

◇mRNA 백신 성공 의구심 사라져..2027년 시장 규모 170조

하지만 이제 mRNA 백신의 성공 가능성에 대한 의구심은 확실히 걷혔습니다. 가파른 시장의 성장이 이를 방증합니다. 시장조사업체 글로벌 인더스트리 아날리스트(GIA)는 mRNA 백신 시장 규모는 2021년 649억달러(약 85조원)에서 연평균 11.9% 성장해 오는 2027년에는 1273억달러(약 167조원)에 이를 것으로 내다봤습니다.

시장을 선점하기 위한 노력에 아군과 적군의 경계도 사라졌습니다. 미국과 중국의 갈등 고조에도 모더나는 중국 상하이시와 약 10억달러(약 1조3000억원) 규모 현지 투자 계약을 체결하기로 했습니다. 앞서 모더나는 지난 5월 상하이에 ‘모더나 (중국) 바이오테크 유한회사’ 법인을 등록하면서 중국 시장 진출을 위한 예비 단계라고 설명하기도 했죠. 이는 모더나가 중국 본토에 설립한 첫 법인입니다. 지난해엔 홍콩에 사무실을 열었습니다. 당시 모더나 대변인은 로이터통신에 “모더나의 mRNA 플랫폼이 가진 힘을 중국인들에게 가져다줄 기회를 모색하고 있다”고 전했습니다.

세계적인 기업가들도 mRNA 백신의 새로운 도전을 응원하고 있습니다. 지난 6월 중국을 방문한 빌 게이츠 마이크로소프트(MS) 공동창업자는 현지 mRNA 연구 선도기관인 베이징 소재 글로벌의약품연구개발센터(GHDDI)에서 연설한 뒤 5년간 5000만달러(약 654억원)를 GHDDI에 기부하겠다고 약속했습니다. 그는 mRNA 기술이 코로나19 이외에도 결핵과 말라리아 같은 질병에도 유용하다면서 중국 GHDDI의 분발을 촉구했습니다.

mRNA 백신 개발업체 아이진(185490) 유원일 대표는 “이미 mRNA 백신에 대한 연구는 암뿐만 아니라 인플루엔자, 지카바이러스, 말라리아 등 다양한 부문에서 이뤄지고 있다”며 “이제 막 시장이 열린 만큼 기업이 적극 나서고 정부도 지원한다면 우리의 역할도 찾을 수 있을 것”이라고 강조했습니다.