mRNA 연구ᆢ 코로나19 백신으로 결실

How mRNA went from a scientific backwater to a pandemic crusher

• Wired Staff Reporter / iufcsol0122@spotv.net

By DAVID COX, WIRED UK

 

mRNA, 과학적 역류에서 코로나19 백신에로ᆢ

수십 년 동안 카탈린 카리코의 mRNA 치료제 연구는 동료들에 의해 외면당해 왔습니다. 그러나 이제는 두 가지 주요 코로나바이러스 백신의 핵심에 자리하게 되었습니다.

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데이비드 콕스

2020 년 12 월 2 일

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게티 이미지 / WIRED

 

1995년 Katalin Karikó는 가장 낮은 썰물처럼 침체되어 있었다. 펜실베니아대학의 생화학자인 Karikó는 지난 20 년 동안 생명체의 가장 기본적인 구성 요소 중 하나인 mRNA를 완전히 새로운 범주의 치료제로 전환하는 방법을 찾는데 헌신해 왔다.

 

종종 Karikó는 막 다른 골목에 처한 자신을 발견하곤 했다. 수많은 보조금 신청이 거부되었고, 스핀오프 회사를 세우기 위해 뉴욕의 벤처 캐피탈리스트로부터 자금을 조달하려는 시도는 제대로 이루어지지 못했다. "처음에는 우리에게 돈을 주겠다고 약속했지만, 다시 연락이 오지않았습니다."라고 그녀는 말했다.

 

1990년대 중반 펜실베이니아대학 연구원이었던 그녀는 인내심이 다했다. 그녀가 연구를 위해 마련한 자금 부족에 좌절하고 있는 상황에서 대학측은 암담한 선택을 제안했다. 연구소를 떠나거나 나쁜 조건을 받아들여야 했다. 많은 만성 질환을 치료하기 위한 새로운 백신과 약물을 만들기 위해 mRNA를 사용하려 했던 Karikó의 꿈은 무너져 버릴 것만 같았다.

 

34년 전, 1961년 여름 과학적 흥분의 소란 속에 mRNA의 발견이 발표되었다. 그리고 10년 이상 동안 미국과 유럽의 연구자들은 DNA가 단백질 생성에 어떻게 관여하는지 정확히 밝히려고 노력해 왔다. 단백질이 모든 생명체의 성장과 기능에 필수적인 아미노산의 긴 서열을 구성하기 때문이다.

 

mRNA가 답이라는 것이 밝혀졌던 것이다. 이 분자는 디지털 테이프 레코더처럼 작동하여 세포핵의 DNA에서 지시 사항을 반복적으로 복사하여 리보솜이라고하는 단백질 생성 구조로 전달한다. 이 mRNA의 핵심 역할이 없다면 DNA는 쓸모없는 화학 물질의 배열일 뿐이므로, 일부 사람들은 mRNA를 '생명체의 소프트웨어'라고 불렀다.

 

당시 mRNA를 발견하는데 역할했던 9명의 과학자는 기본적인 생물학적 미스터리를 해결하는 데만 주로 관심이 있었지만, 1970년대에 과학계는 이 세포 메시지전달 시스템을 이용하여 우리 몸을 의약품 제조 공장으로 바꿀 수 있는지 궁금해 하기 시작했다.

 

페트리 접시에서 설계 및 생성된 후 나노입자라고 하는 작은 패키지를 통해 환자의 세포에 전달되는 인공 mRNA는 신체가 스스로 치유하도록 지시하는 방법을 제공했다. 전 세계의 연구그룹은 mRNA가 세포에 메시지를 전달하고 바이러스 감염과 싸우기 위한 특정 항체를 생성하도록 가르치는, 미래의 백신을 만드는 데 사용될 수 있는지 조사하기 시작했다. 다른 사람들은 mRNA가 면역체계가 암 조직을 인식하고 파괴하는 데 도움이 될 수 있는지 조사하기 시작했다.

 

Karikó는 1976년 고향인 헝가리의 세게드대학에서 강의를 듣는 동안 학부생으로서 이러한 아이디어에 처음 접하였다. mRNA에 흥미를 느낀 그녀는 바이러스를 표적으로 삼는 방법을 연구하른 것으로 박사학위 과정을 시작했다. 동시에 유전자 치료의 개념이 많은 과학자들의 상상력을 사로 잡게 되면서, 그녀는 mRNA가 더 많은 사람들을 도울 수 있는 잠재력이 있다고 느꼈다.

 

"나는 항상 대다수의 환자에게 필요한 것은 실제로 새로운 유전자가 아니라, 통증과 고통을 치료하기 위해 약물과 같은 일시적인 것이라고 생각합니다."라고 그녀는 말했다. "그래서 mRNA는 항상 나에게 더 흥미로웠습니다."

 

당시에는 그러한 웅대한 야망을 현실로 만드는 데 필요한 기술이 아직 존재하지 않았다. 과학자들은 세포에서 mRNA를 분리하는 방법을 알고 있었지만 인공적으로 만드는 것은 불가능했다. 그러나 1984년 미국의 생화학자인 Kary Mullis가 매우 적은 양의 DNA를 증폭하여 자세히 연구할 수 있는 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 기술을 발명했다.

 

1989년까지 다른 연구자들은 DNA 가닥을 증폭하고 RNA 중합 효소라는 효소를 사용하여 이러한 가닥에서 mRNA 분자를 생성함으로써 PCR을 사용하여 처음부터 mRNA를 생성하는 방법을 발견했습니다. Karikó는 “mRNA를 연구하는 과학자들에게 이것이 매우 큰 힘이되었습니다. 갑자기 우리는 무엇이든 할 수 있을 것 같았습니다.”라고 말했다.

 

대서양 반대편(미국)에서 mRNA 붐이 일어나자 Karikó는 헝가리를 떠나 미국으로 향하기로 결정했다. 그래서 1985년에 그녀는 템플대학에서 일을 얻고 남편, 두 살짜리 딸, 그리고 900파운드의 테디베어와 함께 필라델피아로 이사했다. 암시장에서 차를 팔아서 얻은 수익금이었다.

 

미국에서 mRNA 연구 호황이 이루어지자, 카리코 박사는 헝가리를 떠나 미국으로 갔다. 1985년, 카리코 박사는 템플대학교에 취직해, 남편과 2살배기 딸과 함께 900유로를 봉제해 넣은 테디베어를 챙겨 필라델피아로 이주했다. 그리고 카리코 박사는 차를 암시장에 판매했다.

 

그러나 머지않아 카리코 박사의 아메리칸 드림은 쓴맛을 보고 말았다. 4년 뒤, 카리코 박사는 어쩔 수 없이 템플대학에서 인근의 펜실베이니아대학으로 이직해야 했다. 당시 카리코 박사는 자신을 강제 추방시키려던 상사와 언쟁을 벌였다. 그리고, 펜실베이니아대학교에서 새로 이식된 혈관을 살아있게 하는 단백질을 생산함으로써 혈관 이식을 개선하는 데 사용할 수 있는 mRNA 치료법을 연구하기 시작했다.

 

그러나 1990년대 초부터 중반까지 mRNA 연구를 둘러싼 초기 흥분이 사라지기 시작했다. 과학자들이 자신의 mRNA를 만드는 방법에 대한 문제를 해결해 가는 동안 새로운 장애물이 나타났다. 동물에게 주사했을 때 면역체계에서 심각한 염증반응을 일으켜 즉시 죽고 말았다. 인간을 대상으로 mRNA를 주입하는 실험을 한다는 생각은 불가능했다.

 

이것은 심각한 문제였지만 Karikó는 해결하기로 결심했다. 그녀는 크리스마스와 섣달 그믐날에 실험을 하고 보조금 신청서를 작성하 보냈던 일을 회상했다. 그러나 다른 많은 과학자들은 현장에서 이 분야를 외면하고 있었고, UPenn의 그녀의 상사는 mRNA가 비현실적이라고 하며 시간을 낭비하고 있다고 느꼈다. 그들은 최후 통첩을 했다. 만약 그녀가 mRNA로 계속 작업하기를 원한다면 권위있는 교수직을 잃고 상당한 급여 삭감에 직면하게 될 것이라고 했다.

 

Karikó는 "당시 정말로 끔찍했습니다. 게다가 암 진단까지 받았어요."라고 Karikó는 말했다. “저는 두 번의 작전을 겪고 있었어요. 그때 영주권을 받기 위해 헝가리로 돌아간 남편이 비자 문제 때문에 그곳에 좌초되어 6개월 동안 돌아올 수 없었습니다. 나는 정말 힘들었던 상황이었는데 그들은 나에게 이렇게 말했습니다.”

 

수술을 받는 동안 Karikó는 그녀의 옵션을 평가했다. 그녀는 남아서 강등당하는 굴욕감을 받아들이고 계속해서 자신의 연구를 진행하기로 결정했다. 그런데 이때 그녀의 경력과 과학의 과정을 모두 바꿀 기회가 찾아왔다.

 

1997년 존경받는 면역학자 Drew Weissman이 UPenn으로 옮겨왔다. 당시는 과학 출판물이 온라인으로 제공되기 훨씬 전이었기 때문에 과학자들이 최신 연구를 정독할 수 있는 유일한 방법은 저널에서 복사하는 것뿐이었다. 바이즈만은 "나는 카탈린 카리코(Katalin Karikó)라는 과학자와 부서의 복사기 문제로 다투고 있었다. 이때, 카리코 박사와 대화를 하며 서로 연구한 내용을 비교해 보았다”라고 기억을 회상했다.

 

UPenn에서 Karikó의 지위는 낮았지만, Weissman은 실험 자금을 조달할 수 있었고 두 사람은 파트너십을 시작했다. “그 덕분에 저는 낙관적 전망을 가지게 되었습니다. 내 월급은 내 옆에서 일하는 기술자보다 낮았지만, 그의 지원으로 제가 직면해야 했던 장애물을 넘어 연구에 집중할 수 있었습니다."

 

Karikó와 Weissman은 안전하게 투여할 수 있는 mRNA 형태를 만드는 열쇠가 기본 뉴클레오사이드 (RNA의 유전 코드 문자)를 식별하여 면역체계를 자극하고 이를 다른 것으로 대체하는 것이 무엇인지를 확인해야 한다는 점임을 알게 되었다. 2000 년대 초, 카 리코는이 문자 중 하나 인 우리 딘이 특정 면역 수용체를 촉발 할 수 있다는 연구를 통해 일어났습니다. 그녀가 오랫동안 찾고 있었던 중요한 정보였다.

 

2005년에 Karikó와 Weissman은 특이하게 변형된 mRNA 형태를 제시한 연구를 발표했다. 이것은 우리딘을 유사체(동일해 보이지만 면역반응을 유도하지 않는 분자)로 대체한 mRNA의 형태였다. 그것은 생물학적으로 매우 탁월한 속임수 였고 효과가 있었다. 이 변형된 mRNA를 쥐에게 주입했는데 쥐가 살았다. Karikó는 "Drew가 '오 마이 갓, 면역 반응원성이 나타나지 않았어'라고 말한 것을 기억한다. “그 순간 우리는 이것이 매우 중요하고 백신과 치료에 사용될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 그래서 우리는 논문을 발표하고 특허를 신청하고 회사를 설립하였습니다. 그러나 그후 아무도 여기에 관심을 두지 않는다는 사실을 알게 되었습니다. 우리를 초청해, mRNA 연구에 관해 이야기하려는 사람이 아무도 없었습니다”라고 말했다.

 

그러나 그들도 몰랐던 일부 과학자들이 이들의 연구에 주의를 기울였다. 당시 스탠포드대학의 박사후 연구원이었던 Derrick Rossi는 카리코와 바이스먼의 논문을 읽고 즉시 흥미를 느꼈다. 2010년에 Rossi는 변형된 mRNA를 사용하여 백신과 치료제를 만드는 특정 목표를 가지고 Harvard 및 MIT 교수 그룹과 함께 Moderna라는 바이오회사를 공동 설립했다. 

 

10년 후, Moderna는 현재 Covid-19 백신 경쟁의 선두 주자 중 하나이며 mRNA 기반 백신이 3상 임상 시험에서 94%의 효능을 보였다고 보고한 후 약 350억 달러로 평가받게 되었다.

 

그러나 세계가 mRNA에 다시 관심을 갖게 된 것은 새로운 전염병 백신이 아니었다. Rossi가 Moderna를 설립하던 그 당시에 Karikó와 Weissman은 5년간의 노력과 실패 끝에 BioNTech라는 소규모 독일기업에 기술 라이센스를 부여하여 마침내 그들의 발견을 상용화할 수 있게 되었다.

 

Moderna와 터키 태생의 기업가 Ugur Sahin에 의해 설립된  BioNTech는 모두 암 면역요법, 심혈관 및 대사 질환의 수익성 있는 분야에 관심을 가졌다. Karikó와 Weissman의 발견으로 환자에게 mRNA를 안전하게 투여 할 수있게 되었기 때문에, 1970년대에 mRNA의 원래 연구목표 중 일부가 다시 실행 가능할 수 있게 되었다.

 

백신도 등장하였다. 2017년 Moderna는 잠재적인 Zika바이러스 백신을 개발하기 시작했으며, 2018년 BioNTech는 인플루엔자용 mRNA 백신을 개발하기 위해 Pfizer와 파트너십을 체결했지만 백신 프로젝트를 추진하는 대규모 자금은 아직 확보되지 않았다.

 

2020년 들어 모든 것이 바뀌었다. 전례없는 규모의 백신 개발을 필요로 하는 Covid-19 대유행으로 인해 mRNA 백신 접근법이 부상하였다. 이 방법은 죽거나 비활성화된 형태의 바이러스를 사용하여 면역을 생성하는 더 전통적이지만 시간이 많이 걸리는 방법보다 분명한 이점을 가졌다. 4월에 Moderna는 Covid-19 백신 프로그램을 가속화할 수 있도록 미국 생물의학첨단연구개발국으로부터 4억 8,300만 달러의 지원을 받았다.

 

Karikó는 BioNTech의 Covid-19 백신 개발의 책임자였다. 2013년에 그녀는 1995년 강등된 교수직으로 복귀하라고 한 UPenn의 제안을 거부한 후, BioNTech의 수석 부사장 제안을 수락했다. 카리코 박사는 “펜실베이니아대학에서 회의를 거치고, 교수진 자리를 유지할 자격이 없다고 판단했다는 사실을 전해 왔습니다. 이에, 학교를 떠나겠다는 의사를 밝히자, 학교 측은 ‘바이오앤테크는 웹사이트도 없는 회사’라며 비웃었습니다”라고 말했다.

 

이제 BioNTech는 지난달 화이자와 공동 개발한 mRNA Covid-19 백신이 95% 이상의 효능을 발휘한다고 보고한 후로 유명해졌다. Moderna와 함께 2021년 말까지 전 세계적으로 수십억 개의 백신을 공급할 예정이다.

 

Karikó는 BioNTech의 3상 임상시험 결과를 지켜보며 조용히 만족감을 느꼈다. 그녀는 "나는 펄쩍펄쩍 뛰거나 비명을 지르지 않았습니다. 매우 효과적일 거라고 기대했습니다.” 라고 말했다. 

 

오랜 시간 역경을 겪으며 다른 이들에게 자신의 mRNA 연구의 가치를 설득하는 데 큰 어려움에 부딪혀 왔지만, 카리코 박사는 여전히 자신의 mRNA 기술의 획기적인 발전이 전 세계 수십억 명의 목숨을 구하고 코로나19 종식에 도움이 된다는 부분을 이해하고자 노력하고 있다.

카리코 박사는 “항상 많은 사람을 돕고, 임상에서 무언가를 시도해 보고 싶었습니다. 이것이 나에게 동기 부여가 되었고, 항상 낙관적으로 생각했습니다. 그러나 이처럼 많은 사람을 도울 것이라고는 상상도 못했습니다. 제가 COVID19 백신 개발이라는 성공에 함께 했다는 사실이 매우 기쁩니다”라고 말했다.

 

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코로나19 mRNA백신의 어제 오늘과 내일