조류 독감이 인간 전염병을 촉발할 가능성과 야생 동물과 양식 조류의 파괴에 대한 두려움이 높아지고 있습니다. 지난주 캄보디아에서 11세 소녀가 조류 독감에 걸려 비극적으로 사망했습니다. 이는 올해 초 밍크 농장을 통해 포유류에서 포유류로 바이러스가 퍼지고 페루 조류와 바다사자에게 대량 사망을 초래했다는 보고에 따른 것입니다. 2022년 초부터 미국에서는 50 백만 마리 이상의 가금류 조류와 유럽에서는 비슷한 수의 가금류가 이 질병으로 사망하거나 확산을 막기 위한 노력의 일환으로 사망했습니다. 조류 독감을 막을 수 있으며, 그렇다면 어떻게 막을 수 있습니까?
가금류 보호
가금류 농장은 현재 유행하고 있는 조류 인플루엔자인 H5N1과 싸움에서 핵심 전장입니다. 농장에서의 발병은 식량 안보를 위협하고 바이러스가 농장 노동자에게 퍼질 기회를 제공합니다. 수십 년 동안 농부들은 감염된 동물을 도태하여 질병을 통제했습니다. 그러나 이제 많은 국가에서 매달 수십 개의 농장에서 발병을 경험하면서 이것은 견딜 수 없게 되었습니다.
중국을 포함한 일부 국가에서는 조류 독감의 확산과 심각성을 제한하기 위해 가금류에 예방 접종하고 있으며 전 세계의 다른 정부는 현재 예방 접종 정책을 시행하거나 그렇게 할 것을 고려하고 있습니다. 기존 백신의 한 가지 문제점은 조류가 바이러스에 양성 반응을 보이게 하여 농부들이 새에게 H5N1이 없다고 보장할 수 없다는 것입니다. 이것은 “거대한 국제 무역 및 수출 영향”을 가지고 있다고 매디슨의 위스콘신 수의학 진단 연구소를 지휘하는 전염병 전문가인 Keith Poulsen은 말합니다.
과학자들은 이 문제를 해결할 수 있는 백신을 개발하는 초기 단계에 있습니다. 위스콘신-매디슨 대학의 미생물학자 아델 탈라트(Adel Talaat)와 그의 동료들은 바이러스 DNA의 작은 부분만을 사용하는 백신을 개발하고 있다. 다른 유전 영역을 표적으로 하는 검사는 백신을 접종한 새와 감염된 새를 구별할 수 있습니다.
가금류 농가들은 또한 바이러스를 막기 위해 더 다양한 조류 품종을 키울 수 있다고 보스턴 매사추세츠 대학의 생태 학자 니콜라 힐 (Nichola Hill)은 말합니다. 농부들이 조류 독감의 발생을 탐색한 오랜 역사가 있는 아시아에서는 일부 농부들이 바이러스에 덜 취약한 품종으로 전환했습니다.
야생 동물 보호
H5N1은 지난 한 해 동안 야생 조류 개체군에 자리 잡았지만 “우리가 물건을 붙일 수 있는 작은 반창고”가 있다고 아테네 조지아 대학의 전염병 학자 데이비드 스톨크 네히트 (David Stallknecht)는 말합니다. 야생 조류에게 백신을 투여하는 것은 논리적으로 어렵습니다. 따라서 대부분은 새들은 감염을 통해 질병에 대한 저항력을 키워야 하며 많은 사람이 그 과정에서 죽을 것입니다.
백신은 특정 종을 보호하는 데 도움이 될 수 있다고 Stallknecht는 말합니다. 예를 들어, 대머리 독수리 (Haliaeetus leucocephalus)는 바이러스에 의해 심각하게 영향을 받을 수 있으며 일부 과학자들은 조류 독감이 인구에 미치는 장기적인 영향에 대해 우려하고 있습니다. 그러나 이 전략은 “지구상에 유지하기 위해 할 수 있는 모든 일을 하고 있을 때” 심각한 위협을 받는 종에만 사용될 수 있다고 그는 말합니다.
현재 Stallknecht와 다른 야생 동물 연구자들은 조류 독감에 가장 심각한 영향을 받는 야생 조류 종과 이것이 질병의 확산에 미치는 영향을 이해하려고 노력하고 있습니다. 과학자들이 보존 조치를 목표로 삼는 것을 도울 뿐만 아니라, 이 연구는 농부들에게 조류 독감이 언제 진행될지에 대한 더 나은 아이디어를 제공할 수 있습니다.
그 지식은 농부들이 야생 조류를 유인할 수 있는 곡물을 청소하고 농장에 들어가기 전에 장화를 씻는 것과 같은 가금류 보호 조치를 목표로 삼는 데 도움이 될 수 있습니다. “일 년 365일 그렇게 하는 것은 매우 어렵습니다.”라고 Hill은 말합니다. 더 짧은 시간 프레임이 더 실현 가능합니다.
인간 전염병 차단
캄보디아에서 소녀의 죽음과 그녀의 아버지도 조류 인플루엔자 양성 반응을 보였다는 사실은 조류 독감이 사람들에게 광범위한 감염을 촉발할 수 있는지, 심지어 전염병을 촉발할 수 있는지에 대한 우려를 새롭게 했습니다. “그것은 말하기 어렵다”라고 네덜란드 로테르담에 있는 에라스무스 대학 의료 센터의 수의학 병리학자인 Thijs Kuiken은 말한다.
오늘날의 H5N1 바이러스의 조상 버전은 약 25년 동안 조류 사이에서 순환해 왔으며 아직 인간 사이에 퍼질 수 있는 능력을 얻지 못했습니다. 이로 인해 Kuiken은 인간 전염병의 위험이 낮다고 생각합니다. 그러나 최근 야생 조류 사례가 증가하고 바이러스가 포유류 간에 전염될 수 있다는 발견은 바이러스가 인간에게 퍼지기 시작할 위험을 증가시킵니다. Kuiken은 가금류 부문에서 일하는 사람들에 대한 감시를 강화하여 감염된 사람이 신속하게 감지되고 격리되기를 원합니다.
조류 독감이 인간 전염병을 유발하면 질병 퇴치를 위한 여러 가지 도구가 있습니다. 조류 독감에 대해 승인된 인간 백신이 존재하며 세계 보건기구 (WHO)는 H5N1의 진화를 모니터링하여 이러한 백신이 적절하게 업데이트될 수 있도록 합니다. 미국에서는 생물 의학 고급 연구 개발 당국이 백신을 비축하고 있지만, 공급이 너무 적어 전 세계에 예방 접종을 하는 데 사용할 수 없습니다. 인간에 관한 동물 연구 및 관찰 데이터에 따르면 항바이러스 약물 타미플루는 사람의 H5N1에 효과적입니다. 내성 균주에 대한 보고가 있었지만. 안면 마스크를 포함한 비의약품 도구도 질병 확산을 제한할 수 있습니다.
여전히 COVID-19로 휘청거리는 세계에게 또 다른 전염병의 전망은 놀라운 일입니다. 조류 독감의 현재 인간 사망률은 약 50%이지만, 바이러스가 상부 호흡기의 세포를 감염시키는 능력을 얻는다면 (인간 대 인간 전파를 위한 전제 조건) 떨어질 가능성이 있습니다. 그러나 몇몇 과학자들은 H5N1 대유행이 이미 사용 가능한 약물과 백신, 그리고 COVID-19의 결과로 개발된 mRNA 백신과 같은 도구 때문에 COVID-19보다 더 관리하기 쉬울 것이라고 말합니다. Stallknecht는 “엉망이 되지 않을 것이라고 말하는 것은 아니지만 아마도 가능한 한 나쁘지는 않을 것”이라고 말합니다.
Hill은 인류가 바이러스를 억제하는 데 필요한 도구를 가지고 있다는 데 동의합니다. “문제는 이 시점에서 통제하고 인간 전염병을 예방하는 것”이라고 그녀는 말합니다. “그리고 저는 이 두 가지 모두 달성 가능한 목표라고 생각합니다.”
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00591-3
References
Smith, J. R. J. Antimicrob. Chemother. 65, ii25–ii33 (2010).
de Jong, M. D. et al. N. Engl. J. Med. 353, 2667–2672 (2005).
COVID-19 대유행은 세계 경제에 대혼란을 일으켰고 수백만 명의 목숨을 앗아갔다. 기록적인 시간에 여러 개의 효과적인 백신을 개발한 것이 축하의 이유였다. 그러나, 그것들이 전 세계적으로 공유된 불평등은 저소득 국가의 많은 사람을 보호받지 못하게 했고 아마도 우리의 연결된 세계 전체에 위험한 새로운 변종들이 퍼지게 했을 것이다. 이 영화에서, 우리는 서로 다른 분야의 네 명의 전문가들에게 미래의 유행병에서 세계에 백신을 접종하기 위해 어떻게 준비해야 하는지 물었다.
Marburg virus outbreak: researchers race to test vaccines
Control measures such as quarantine could end the outbreak in Equatorial Guinea quickly — good news for inhabitants but a mixed blessing for clinical trials.
검역과 같은 통제 조치는 적도 기니의 발병을 신속하게 종식할 수 있습니다 – 주민들에게는 좋은 소식이지만 임상 시험에는 혼합된 축복입니다.
Marburg virus particles in infected tissue. The virus causes a deadly disease characterized by haemorrhagic fever.Credit: AMI Images/Science Photo Library
다중 마버그 바이러스 입자의 투과 전자 현미경 사진.
감염된 조직의 마버그 바이러스 입자. 이 바이러스는 출혈열을 특징으로 하는 치명적인 질병을 일으킵니다.
전 세계 보건 당국은 적도 기니가 2월 13일 마버그 바이러스 질병의 첫 발병을 확인한 후 실험용 백신이 치명적인 질병으로부터 보호할 수 있는지 테스트하기 위해 전력 질주하고 있습니다. 이 바이러스는 에볼라와 관련이 있으며 출혈열과 유사한 증상을 유발합니다. 치사율은 최대 88%입니다.
스위스 제네바에서 열린 세계 보건기구 (WHO)는 어제 긴급회의를 소집하여 다양한 개발 단계에 있는 마버그 백신 테스트의 타당성을 논의했습니다. 그러나 검역과 같은 다른 통제 조치가 단일 백신 용량을 투여하기 전에 발병을 종식할 수 있으므로 성공적인 시험에 반대할 가능성이 있다고 그들은 말합니다.
“나는 속도의 필요성을 충분히 강조할 수 없다”라고 런던 위생 및 열대 의학 학교의 전염병 학자인 존 에드먼즈 (John Edmunds)는 WHO 회의에서 말했다.
이 발병은 적도 기니 북부, 카메룬과 가봉과 국경을 접하고 있는 Kié-Ntem 지방에서 발생합니다. 25건의 의심되는 사례 중 9명의 사망자와 관련이 있으며, 첫 번째 알려진 사례는 1월 초로 거슬러 올라갑니다. 이것은 이전에 발견된 16 마버그 발병 중 많은 것보다 크다고 Edmunds는 Nature에 말합니다. “발병은 효과적인 개입이 시행된 후 작고 비교적 빨리 끝나는 경향이 있습니다.”
예외는 콩고 민주 공화국에서 1998-2000년에 발생하여 154건과 128명이 사망했으며 앙골라에서 2004-05년 전염병이 보고된 252건 중 227명이 사망했습니다.
까다로운 물류
이번 주 WHO 회의에서 관리들은 적도 기니에서 마버그 바이러스 백신 테스트의 실용성에 대해 논의했습니다. 모든 주요 경쟁자는 아스트라제네카와 영국 옥스퍼드 대학이 개발한 COVID-19 백신과 유사한 바이러스 벡터 백신입니다.
워싱턴 DC의 Sabin Vaccine Institute는 변형된 침팬지 아데노 바이러스를 사용하여 세포가 Marburg 바이러스 단백질을 만드는 지침을 전달하는 후보 백신을 보유하고 있으며, 벨기에 Beerse의 Janssen이 만든 후보는 회사의 성공적인 COVID-19 백신의 기반이 되는 인간 아데노 바이러스를 사용합니다 (Janssen은 Johnson and Johnson의 자회사입니다).
매사추세츠 주 케임브리지의 공중 보건 백신 (PHV), 뉴욕시의 국제 에이즈 백신 이니셔티브 (IAVI) 및 뉴욕주 펄 리버의 Auro Vaccines의 후보는 최초의 승인된 에볼라 백신에 사용된 벡터인 약화된 형태의 수포 구내염 바이러스를 기반으로 합니다.
개발자들은 회의에서 백신을 대량으로 사용할 수 없다고 말했다: 가용성은 Sabin 및 PHV 백신의 경우 수백 도즈에서 Janssen 후보의 경우 수천 회까지 다양합니다. IAVI는 사용 가능한 백신 용량이 없습니다. 얀센과 사빈 백신만이 미국에서 초기 단계의 시험에서 인간을 대상으로 테스트 되었습니다. 원숭이 연구에 따르면 모든 주요 후보는 마버그 바이러스 질병에 대한 강력한 보호를 제공합니다.
적도 기니에서 백신 시험이 진행된다면 WHO에 조언하는 독립적인 전문가 그룹이 어떤 백신을 테스트할 것인지에 대한 결정을 내릴 것이라고 WHO의 R&D Blueprint 공동으로 이끄는 Ana Maria Henao-Restrapo는 말합니다. 모든 시험은 적도 기니 정부의 허가와 개입이 필요합니다.
시험이 시작될 수 있다고 해도, 현재의 발병이 통제되기 전에 충분한 사례가 발생하여 연구자들이 백신이 효과적인지 아닌지를 결정적으로 결정할 수는 없다고 Edmunds는 말합니다. “양날의 검이지, 그렇지? 공중 보건과 적도 기니 사람들에게는 좋은 소식이지만 과학에는 나쁜 소식일 것입니다.”
그러나 모든 백신의 효과를 가리키는 증거는 여러 발병에 걸쳐 수집될 수 있다고 회의의 연구원들은 말했다. 적도 기니에서의 백신 시험은 또한 백신의 안전성과 향후 발병 위험이 있는 인구에서 생성되는 면역 반응에 대한 귀중한 데이터를 제공할 수 있습니다.
Nature 614, 603 (2023)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00468-5
UPDATES & CORRECTIONS
Correction 17 February 2023: An earlier version of this article stated incorrectly that IAVI’s Marburg vaccine was being co-developed with Merck.
2022년에 승인된 한국 회사 SK 바이오사이언스의 나노입자 백신. 닉 스펜서/네이처. A. C. 월스 외. 셀 183, 1367–1382 (2020).
코로나바이러스 SARS-CoV-2에 대한 백신은 COVID-19로부터 보호하기 위해 수십억 명의 사람들에게 제공되었으며 20백만명 이상의 생명을 구했습니다. 그러나 바이러스 변이는 원래 백신이 제공하는 면역 일부를 피할 수 있습니다. 그 결과, 전 세계의 백신 개발자들은 첫 번째 버전의 업데이트뿐만 아니라 새로운 기술과 플랫폼을 사용하는 수십 개의 ‘차세대’ COVID-19 백신을 개발하고 있습니다.
이러한 백신은 다양한 그룹이지만 가장 중요한 목표는 바이러스 변화에 탄력적인 오래 지속하는 보호를 제공하는 것입니다. 일부는 아직 출현하지 않은 코로나바이러스를 포함하여 더 광범위한 종류의 코로나바이러스로부터 보호할 수 있습니다. 다른 사람들은 더 강력한 면역을 제공하거나, 더 낮은 용량으로 그렇게 할 수 있거나, 바이러스의 감염이나 전염을 예방하는 데 더 나을 수 있습니다.
이 차세대 백신에 대해 기대할 수 있는 사항은 다음과 같습니다.
더 많은 백신이 필요한 이유는 무엇입니까?
한마디로: 진화. 최초로 승인된 COVID-19 백신은 바이러스가 처음 확인된 이후 크게 변하지 않은 SARS-CoV-2 버전에 대한 보호 테스트를 거쳤습니다. 이 백신은 다양한 유형으로 제공되지만, 일부는 메신저 RNA로 구성되어 있고 다른 일부는 코로나바이러스 자체 또는 일부 단백질의 비활성화 버전이지만 모두 신체를 항원 (바이러스의 일부)에 노출해 질병을 일으키지 않고 면역 반응을 유발합니다.
대체로 이 면역 반응은 SARS-CoV-2가 세포를 감염시키는 것을 차단할 수 있는 항체를 생성하는 B 세포와 감염된 세포를 파괴할 수 있는(그리고 다른 면역 반응을 지원하는) T 세포에서 비롯됩니다.
예방 접종은 또한 초기 항체 수치가 감소한 후에도 장기간 면역을 위한 ‘기억 세포’ 풀을 생성합니다. 후속 감염 시 기억 B 세포는 증식하기 시작하여 더 많은 항체를 생성하는 세포로 분화합니다(‘코로나바이러스 백신이 SARS-CoV-2로부터 보호하는 방법’ 참조).
How coronavirus vaccines protect against Sars-CoV-2: a graphic that shows the process of how vaccines confer immunity.
닉 스펜서/네이처.
이러한 백신은 심각한 질병에 대한 오래 지속하는 보호를 제공하지만, 바이러스 감염에 대한 보호는 몇 달 안에 줄어들고 있습니다. 그리고 오미크론과 같은 SARS-CoV-2의 변종은 이후 이러한 면역 일부를 벗어날 수 있는 돌연변이로 진화했습니다. 예를 들어, 초기 백신에 의해 생성된 기억 반응은 오미크론에 쉽게 달라붙지 않는 항체를 생성합니다. 이는 감염에 대한 보호 감소에 이바지합니다(‘코로나바이러스 변종은 면역을 피함’ 참조).
Coronavirus variants avoid immunity: a graphic that shows how mutations make antibodies less adept and binding to variants.
닉 스펜서/네이처.
오미크론 변종에 대한 면역력을 높이기 위해 2세대 백신이 이미 도입되었습니다. 바이러스 진화를 따라잡기 위해 백신에 대한 변종별 업데이트가 추가로 뒤따를 가능성이 크지만, 면역력이 약해지고 SARS-CoV-2가 더 진화함에 따라 백신이 제공하는 보호 기능이 특히 오래 지속할지는 확실하지 않습니다.
결과적으로 연구팀은 새로운 백신을 개발하기 위해 몇 가지 접근 방식을 취하고 있습니다.
업데이트된 백신
SARS-CoV-2 변이에 대처하기 위해 백신 개발업체인 화이자-바이오엔텍과 모더나는 작년에 업데이트된 mRNA 백신을 도입했습니다. 이들은 원래 바이러스와 Omicron의 스파이크 단백질 분자를 암호화하기 때문에 2가라고 합니다. (스파이크 단백질은 SARS-CoV-2가 세포에 결합하는 데 사용하는 것입니다.)
2가 백신은 여러 가지 방식으로 작동합니다. 다른 COVID-19 부스터 샷과 마찬가지로 이전 백신에 의해 이미 확립된 기억 B 세포를 자극합니다. 이 세포 반응 중 일부는 오미크론을 인식할 수 있는 항체로 이어집니다. 그들의 효능은 시간이 지남에 따라 강화될 수 있습니다: 오미크론의 스파이크가 제시되면 기억 B 세포는 돌연변이와 선택의 진화적 ‘훈련’과정을 거쳐 오미크론의 스파이크에 더 단단히 결합하는 항체를 암호화하는 B 세포 풀을 생성합니다. 마지막으로, 2가 백신의 오미크론 성분은 자체 항체를 생성하는 새로운 B 세포도 모집합니다(‘업데이트된 백신’ 참조).
Updated vaccines: a graphic that shows how bivalent vaccines can help to give immunity to variants such as Omicron.
닉 스펜서/네이처.
이러한 효과는 2가 부스터가 원래 백신의 부스터 용량보다 오미크론에 대해 더 나은 보호를 제공한다는 것을 의미할 수 있습니다. 그러나 그 이점이 실제로 얼마나 중요한지는 여전히 불분명합니다.
화이자-바이오엔텍을 포함한 일부 개발자들은 COVID-19 및 기타 질병(가장 일반적으로 인플루엔자)으로부터 사람들을 보호하기 위해 복합 백신을 개발하고 있습니다. 거의 모든 것이 개발 초기 단계에 있습니다.
광범위한 보호 백신
COVID-19 백신에 대한 업데이트는 항상 진화하는 바이러스보다 한두 단계 뒤처져 있습니다. 과학자들은 미래의 SARS-CoV-2 변종과 관련 코로나바이러스를 표적으로 삼을 수 있는 ‘광범위하게 보호하는’ 백신을 개발하기를 희망합니다.
이러한 백신중 일부의 목표는 SARS-CoV-2 변이 및 일부 관련 코로나바이러스 종에서 보존되는 스파이크 단백질의 특정 영역에 대한 면역 반응을 생성하는 것이며, 이는 새로운 변종에서 돌연변이를 일으키지 않는 경향이 있음을 의미합니다. 관심 영역 중 하나는 수용체 결합 도메인(RBD)으로, 인간 세포의 ACE2 수용체 단백질에 결합하고 신체에서 가장 강력한 감염 차단 항체 중 일부에 의해 표적화됩니다.
시애틀의 워싱턴 대학교와 패서디나의 캘리포니아 공과대학(Caltech)에서 최소 두 팀이 ‘모자이크’ 백신을 만들고 있습니다: 흩어져 있는 나노 입자로 이루어진 SARS-CoV-2와 SARS-CoV 및 박쥐에서 분리된 다른 것과 같은 계열의 코로나바이러스(사르베코바이러스라고 함)의 RBD들.
B 세포가 이러한 모자이크 나노 입자에서 하나 이상의 RBD를 인식하면 (여러 바이러스 종의 보존 된 영역에 달라 붙음) 강하게 결합합니다. 이것은 차례로 B 세포가 증식하고 더 많은 항체를 생성하도록 촉발합니다. (미래의 감염과 싸우기 위한 기억 B 세포뿐만 아니라). 단 하나의 바이러스 종으로부터 RBD를 인식하는 B 세포는 약하게 결합하고, 이러한 반응을 생성하지 않는다. 연구원들은 모자이크 나노 입자를 사용하면 코로나바이러스 종에서 여러 RBD를 인식할 수 있는 항체 풀이 풍부해질 것으로 기대합니다 ( ‘광범위한 보호’참조).
Broader immunity?: a graphic that shows how mosaic nanoparticle vaccines can provide immunity across a broad range of viruses.
동물 연구에 따르면 이러한 백신은 다양한 사르베코바이러스에 대한 보호 반응을 유발합니다. 첫 번째 임상 시험은 향후 2년 내에 시작될 예정입니다.
스파이크를 넘어서
많은 1세대 COVID-19 백신은 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질에 대해서만 면역 반응을 유발합니다.
그러나 일부 차세대 백신은 감염 때문에 부여되는 보호를 안전하게 모방하는 보다 다양한 면역 반응을 생성하기 위해 다른 바이러스 단백질도 전달합니다. 이 접근법은 또한 새로운 스파이크 변이의 영향을 완화할 수 있습니다. ( ‘다른 바이러스 단백질 표적화’참조).
Targeting other viral proteins: a graphic that shows some of the other proteins in Sars-CoV-2 that can be used in vaccines.
닉 스펜서/네이처. 스탠포드 대학교에서 적응 (https://go.nature.com/3WV2FB6)
스파이크 단백질은 항체 생성 B 세포의 주요 표적입니다. 그러나 감염된 세포를 파괴하는 T 세포는 다른 많은 SARS-CoV-2 단백질을 인식할 수 있습니다. 이러한 이유로 다른 단백질을 전달하는 백신은 면역 체계가 강력한 항체 반응을 일으키지 않는 사람들을 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 백신은 또한 스파이크가 아닌 단백질이 변종 간에 덜 변하는 경향이 있으므로 바이러스 진화에 더 탄력적 일 수 있습니다.
미국 생명공학 회사인 Gritstone은 mRNA 백신 기술을 사용하여 여러 SARS-CoV-2 단백질에 대한 지침을 제공하는 그러한 백신중 하나를 개발하고 있습니다. 한편 텍사스의 생명 공학 회사인 Vaxxinity는 신체를 여러 항원에 노출하는 단백질 기반 백신을 개발하고 있습니다. 이 회사는 임상 3상 시험에서 백신이 안전하고 부스터로 사용될 때 강력한 항체 반응을 유도한 후 올해 영국과 호주 승인을 신청할 계획이라고 밝혔다.
새로운 플랫폼 디자인
차세대 백신을 분류하는 또 다른 방법은 신체에 전달하는 방법입니다. 기존 백신은 적어도 네 가지 접근법 중 하나를 사용합니다: 핵산 백신 (대부분 mRNA)은 세포에 SARS-CoV-2 스파이크 단백질을 만들도록 지시합니다. 비활성화된 백신은 코로나 바이러스 자체의 버전을 사용합니다. 단백질 백신은 스파이크 단백질 또는 그의 RBD로 구성됩니다. 바이러스 벡터 백신은 변형된 바이러스를 사용하여 스파이크 단백질에 대한 지침을 세포로 셔틀 합니다. 차세대 백신에는 이러한 설계에 대한 조정 또는 성능 향상을 위한 전달 메커니즘의 변경이 포함될 수 있습니다.
자가 증폭 RNA
mRNA 백신은 특히 대부분 용량이 판매된 부유한 국가에서 전염병의 흐름을 바꾸는 데 도움이 되었습니다. 이 기술을 비틀면 부작용을 최소화하면서 백신을 더 저렴하고 강력하게 만들 수 있습니다.
화이자-바이오엔텍과 모더나(미국 국립 알레르기 및 전염병 연구소)가 개발한 백신은 지방 나노입자에 포장된 수정된 버전의 스파이크에 대한 mRNA 지침으로 구성됩니다. 이 기술의 업데이트된 버전에서 자가 증폭 RNA(saRNA) 백신에는 세포가 더 많은 스파이크 사본을 휘젓도록 지시하는 효소에 대한 지침도 포함되어 있습니다(‘자가 증폭 RNA’ 참조).
Self amplifying RNA: a graphic that shows how genes can be added to RNA vaccines to make them more effective.
닉 스펜서/네이처.
이는 더 작고 잠재적으로 더 저렴한 용량의 saRNA 백신이 기존 mRNA 백신과 비교하여 같거나 더 강한 면역 반응을 달성할 수 있음을 의미합니다. 더 작은 초기 복용량은 또한 부작용을 줄일 수 있습니다.
미국 회사 아크튜러스 테라퓨틱스가 개발한 saRNA 백신이 2022년 4월 임상 3상 시험을 완료했습니다. 이 회사는 현재 일본에서 또 다른 임상 3상 시험을 시작하여 승인 신청으로 이어질 수 있다고 말합니다. Gritstone은 saRNA 기술을 사용하여 임상 1상 시험을 완료한 후보 T 세포 백신에 추가 SARS-CoV-2 단백질을 전달하고 있습니다.
나노 입자의 단백질
미국 생명공학 회사인 노바백스(Novavax)가 만든 백신을 포함하여 여러 단백질 기반 COVID-19 백신이 전 세계적으로 승인되었습니다. 저렴한 비용과 생산 용이성은 매력적입니다. 그들은 일반적으로 전체 SARS-CoV-2 스파이크 단백질 또는 RBD의 안정화된 형태로 만들어집니다.
이 백신의 새로운 부류는 스파이크 또는 RBD가 박힌 축구공 모양의 구조로 자체 조립되는 단백질로 만들어집니다. 실제 바이러스를 모방한 바이러스 분자의 반복적인 배열은 특히 강력한 면역 반응을 일으킵니다.
Caltech와 워싱턴 대학이 개발한 ‘모자이크’백신 (여러 종류의 코로나 바이러스의 RBD가 박혀 있음)은 이러한 노력의 한 예입니다.
또 다른 나노 입자 백신이 이미 승인되었습니다: 2022년 2월, 한국 규제 당국은 워싱턴 대학교에서 개발한 SARS-CoV-2 원본 버전의 RBD를 포함하는 백신을 승인했습니다. 임상 3상 시험에 따르면 이 백신은 스파이크 항원을 암호화하는 침팬지 아데노바이러스를 사용하는 아스트라제네카와 영국 옥스퍼드 대학에서 개발한 바이러스 벡터 백신에서 생성된 것보다 몇 배 더 높은 수준으로 항체 반응을 높였습니다.
그러나 백신을 개발하는 한국 회사인 SK 바이오 사이언스는 2022년 말 한국에서 백신에 대한 수요가 적어 생산을 일시 중지했다고 밝혔다.
메릴랜드 주 실버 스프링에있는 미국 월터 리드 육군 연구소 (Walter Reed Army Institute of Research)의 연구원들이 이끄는 팀은 페리틴이라는 철 운반 단백질을 사용하여 또 다른 단백질 나노 입자 백신을 개발하고 있습니다. 이것은 구형 입자로 자체 조립된 다음 전체 SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 박혀 있습니다. 현재 초기 단계 시험에서 테스트 중입니다 ( ‘나노 입자 플랫폼’참조).
Nanoparticle platforms: a graphic that shows a spike ferritin nanoparticle vaccine.
닉 스펜서/네이처. 스탠포드 대학교 (https://go.nature.com/3WV2FB6) 및 WRAIR (https://go.nature.com/3JTX3XU)에서 채택
비강 백신
일부 COVID-19 백신은 코나 입을 통해 미스트로 흡입하거나 비강으로 흡입합니다. SARS-CoV-2가 코와 입을 감싸고 있는 얇은 점막에서 체내로 들어가는 지점에서 면역 반응을 유발함으로써 이 백신은 이론적으로 바이러스가 퍼지기 전에 막을 수 있습니다.
동물 연구 데이터에 따르면 이것이 가능할 수 있으며 중국에서 2개, 인도,이란, 러시아에서 각각 1개 등 최소 5개의 비강 백신이 이미 사용 승인을 받았습니다. 그러나 이러한 백신이 바이러스의 감염이나 전파를 줄이는 데 주사보다 나은지에 대한 데이터는 아직 없습니다(‘비강 백신’ 참조).
Nasal vaccines: a graphic that shows how nasal vaccines could start giving immunity at mucosal membranes in the nose and mouth.
닉 스펜서/네이처.
차세대 코로나19 백신의 선도적인 자금 제공자인 오슬로에 기반을 둔 재단인 전염병대비혁신연합(CEPI)의 백신 연구 개발 전무이사인 멜라니 사빌(Melanie Saville)은 이러한 백신과 기타 차세대 코로나19 백신 개발에 대한 주요 과제는 기존 백신보다 진정한 개선을 제공한다는 것을 증명하는 것이라고 말합니다.
치열한 경쟁
모든 차세대 백신은 시장 점유율을 위해 싸워야 할 것입니다. 50개 이상의 백신이 이미 승인되었으며 초기 및 후기 임상 시험에 수백 가지가 있습니다. 수백 개가 더 버려졌습니다. ( ‘활기찬 시장’참조).
A lively market: a graph that shows the numbers and types of vaccines at different stages of development
닉 스펜서/네이처. 출처: 에어피니티
승인된 백신 중 소수만이 투여된 용량을 지배합니다(‘주요 플레이어’ 참조).
Leading players: a graph that shows the number of coronavirus vaccines produced so far by the main producers.
닉 스펜서/네이처. 출처: 에어피니티
활발한 연구에도 불구하고 Moderna 및 Pfizer-BioNTech와 같은 현재의 mRNA 잽이 지배적일 가능성이 있다고 런던의 생명 과학 정보 회사인 Airfinity의 분석 책임자인 Matt Linley는 말합니다. Omicron 성분을 포함하는 2가 백신의 빠른 개발은 이러한 백신이 신속하게 적응할 수 있음을 보여주었습니다. 또 다른 업데이트가 필요한 경우 “mRNA 예방 접종은 신속하게 대응할 수 있다는 점에서 시장 리더가 될 것”이라고 Linley는 말합니다.
COVID-19는 더 이상 예전처럼 모든 것을 포괄하는 비상사태로 간주하지 않으므로 개발자와 규제 기관은 19세대 백신의 맹렬한 속도에 비해 더 느리게 움직일 것이라고 Saville은 덧붙였습니다. “COVID-19에 대해 장기적으로 내구성이 있는 백신 유형이어야 하므로 서두르지 말아야 합니다.”
그러나 새로운 백신 기술에 관한 연구가 COVID-19에 직접적인 성과를 거두지 못하더라도 CEPI가 미래의 위협에 대한 준비를 개선하기 위해 다양한 바이러스군을 위한 ‘백신 라이브러리’에 대한 작업과 같은 다른 질병을 퇴치하기 위한 노력을 여전히 지원할 수 있다고 Saville은 말합니다.
Karolinska Institutet의 연구원은 우리의 T 세포 수용체를 암호화하는 유전자가 사람과 인구에 따라 크게 다르다는 것을 발견했으며, 이는 우리가 예를 들어 감염에 다르게 반응하는 이유를 설명할 수 있습니다. 면역 저널에 발표된 이 연구 결과는 또한 일부 유전자 변이가 네안데르탈인에게서 유전된다는 것을 보여줍니다.
면역 체계의 일부인 T 세포는 감염과 암에 대한 보호의 핵심입니다. TCR의 도움으로 세포는 외부 침입자와 종양 세포를 인식합니다.
“인간 TCR 유전자가 얼마나 가변적인지는 이전에 알려지지 않았습니다.”라고 Karolinska Institutet의 미생물학, 종양 및 세포 생물학과 교수이자 연구의 수석 저자인 Gunilla Karlsson Hedestam은 말합니다.
연구진은 혈액 샘플의 딥 시퀀싱을 사용하여 사하라 사막 이남의 아프리카, 동아시아, 남아시아 및 유럽에서 유래 한 45명의 TCR 유전자를 조사했습니다. 연구자들은 이 유전자가 다른 사람과 인구 집단에 따라 크게 다르다는 것을 보여주었습니다. 결과는 1000 게놈 프로젝트에서 수천 건의 추가 사례를 분석하여 확인되었습니다.
우리는 일란성 쌍둥이를 제외한 모든 개인이 고유한 TCR 유전자 변이체 세트를 가지고 있음을 발견했습니다. 이러한 차이는 우리가 인구 수준에서 관찰하는 감염 및 백신에 대한 광범위한 반응의 기초가 되는 가능한 메커니즘을 보여줍니다.”
Martin Corcoran, 연구의 첫 번째 저자
“우리는 175개의 새로운 유전자 변이를 발견했으며, 이는 알려진 TCR 유전자 변이의 수를 두 배로 늘렸습니다. 예상치 못한 놀라운 발견은 특정 유전자 변이가 네안데르탈인에서 유래했으며 이 중 하나가 유럽과 아시아의 현대인에서 최대 20%에 존재한다는 것입니다.”
Gunilla Karlsson Hedestam은 전체 게놈 시퀀싱에 사용되는 표준 방법으로는 이러한 유전자의 변이를 감지할 수 없지만 B 세포 및 T 세포 수용체 유전자를 매우 정확하게 정의할 수 있는 특수 심층 시퀀싱 방법 및 분석 소프트웨어의 개발로 이제 가능하다고 설명합니다.
“이 유전자는 우리 게놈에서 가장 가변적인 유전자 중 하나이기 때문에 결과는 또한 우리의 면역 체계가 역사의 과정에서 어떻게 발전했는지에 대한 새로운 정보를 제공한다고 Martin Corcoran은 말합니다. 우리는 특히 네안데르탈인의 조상으로부터 물려받은 TCR 변이체의 기능을 밝히는 데 관심이 있습니다. 현대 인간에서 이러한 변이의 빈도는 우리 생물학에서 유리한 기능을 시사하며 우리는 이것을 이해하기를 열망하고 있습니다”라고 Martin Corcoran은 덧붙입니다.
연구자들이 현재 발표하는 연구 결과와 새로운 TCR 유전자 데이터베이스는 미래의 새로운 치료법 개발에 매우 중요 할 수 있습니다.
“인간 유전학을 이해하는 것은 표적 치료법 개발의 기본입니다. 이 연구에 설명된 방법은 T 세포가 여러 유망한 형태의 면역 요법의 중심인 암 분야에서 새로운 기회를 제공합니다.”라고 Gunilla Karlsson Hedestam은 말합니다.
결과는 또한 다른 연구 분야에 빛을 비출 수 있습니다.
“이 발견은 정밀 의학을 포함한 다양한 의학 분야에서 새로운 진단 및 치료법의 개발로 이어질 수 있습니다”라고 Gunilla Karlsson Hedestam은 말합니다.
연구의 다음 단계는 무엇입니까?
“우리는 현재 새로 발견된 여러 유전자 변이의 기능적 중요성과 이 변이가 우리의 T 세포 반응에 어떤 영향을 미치는지 조사하고 있습니다. 우리는 또한 전염병, 암 및 자가 면역 질환과 같은 T 세포와 관련된 것으로 알려진 질병에서 TCR 유전자 변이의 역할을 조사하기 위해 대규모 개인 그룹을 대상으로 한 확장 연구를 계획하고 있습니다.”라고 Gunilla Karlsson Hedestam은 말합니다.
Source:
Karolinska Institutet
Journal reference:
Corcoran, M., et al. (2023) Archaic humans have contributed to large-scale variation in modern human T cell receptor genes. Immunity. doi.org/10.1016/j.immuni.2023.01.026.
