생명과학 세특 : 주제로 유전자 재조합 및 백신관련 내용을 선정하였습니다.
생명공학 세특 : 백신관련 보고서 작성
*사진출처 : 동아사이언스
유전자재조합
유전자 재조합 백신 개발의 역사는 최근이 아니고 상당히 오래전부터 진행되었습니다.
백신이라는 우연히 발견된 치료제로 의학생명분야에서 시작부터 오늘까지 지속적으로 발전시키고 다양한 상황을 대비해서 준비하고 있습니다.
사회가 발전함에 따라서 생각하지 못한 바이러스의 출현으로 전세계는 현존하는 백신으로 치료가 안된다는 불안감으로 정치경제적으로 막대한 손실을 경험했습니다.
최근 COVID19의 이슈를 생각해도 방역안전단계로 자연면역의 상황이지만, 여전히 발생하는 질병입니다.
백신의 개발역사를 알아보겠습니다.
먼저 백신의 정의를 생각해봅니다.
백신이란?
병원체를 인위적으로 약화시켜서 비활성화된 병원체(바이러스, 박테리아)를 말합니다.
이 물질을 인체에 주입해서 바이러스 항원에 대한 정보를 습득할 수 있도록(대응물질을 생산하도록) 하는 목적이며, 단백질 또는 핵산의 구조로 되어있어서 인간의 몸에 항체를 생성할 수 있도록 도움을 주는 물질입니다.
천연두 백신
인두법(variolation)
15세기 중국에서 시행된 것으로 기록되었다.
인두법이란 사람에게 발생천연두 발생후 고름이나 딱지를 가루로 만들어서 사람의 코에 넣어서 면역력을 유도하는 방식입니다.
방식은 총 4가지로 다음과 같습니다.
장묘법- 천연두 딱지 가루를 코로 흡입하는 방식 수묘법-가루를 물에 녹여서 솜으로 코에 넣는 방법 한묘법-빨대에 넣어서 코로 흡입하는 방법 의묘법-천연두 환자의 옷을 건강한 아이에게 착용하는법
*참고로 한국에서는 수묘법을 사용했다는 기록이 있습니다.
한국으로 전파된 기록은 1799년 정약용이 의주에 있는 선비로부터 종두에 관한 책을 전달받아서 시작되었다고 합니다. 1800년(정조24년)에 책자를 발행하였고, 인두법에 대한 기초를 마련했습니다.
이후 지석영의 종두법이 보급되기 전까지 인두법으로 천연두 예방활동을 한 기록이 남아있습니다.
우두법(cowpox)
먼저 종두라는 단어의 정의를 알아봅니다.
“종두란” 천연두 예방의 목적으로 우두를 사람에게 접종하는 일을 말하고 있습니다.
우두법은 젖소에게 발생한 천연두(우두)를 통해서 물질을 얻어서 해당물질을 치료하는 방법입니다. 1773년 영국 의사인 에드워드 제너가 1775년 천연두에 관심을 갖고, 소의 우유를 짜는 여인들이 젖소에 난 천연두(우두)를 코로 흡입한 이후 잘 걸리지 않는다는 사실에 주목하고 관찰한 결과 효과를 내는 물질이 우두에서 나온 것이라는것을 확인하고 해당 물질을 얻어서 면역이 시작되었다고 합니다.
* 최초 접종일은 1796년 5월14일 제임스 핍스 8세에게 처음 시도함
1798년까지 총 23번의 실험을 실시해서 왕립협회에 “천연두 백신의 원인과 결과에 대한 연구”제목으로 발표함 1803년 런던에 제너협회가 설립되고, 이후 꾸준한 실험데이터로 프랑스에서 받아들여서 전세계에 보급되었습니다.
역사적으로 진행된 백신개발의 연혁
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기간 |
개발내용 | |
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~ 18세기 |
중국과 인도의 천연두에 대한 인두법 | |
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~ 19세기 |
에드워드 제너 천연두 백신 루이 파스퇴르의 탄저병 및 백신개발, 광견병 백신 개발 | |
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~ 20세기 |
Albert Calmette와 Camille Guérin의 결핵 BCG 백신 – Jonas Salk의 비활성화 소아마비 백신(IPV) – Albert Sabin의 경구 소아마비 백신(OPV) – 홍역, 볼거리, 풍진 등의 백신 | |
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~ 21세 |
– 유전자재조합 DNA 기술 개발 – 유전자재조합 DNA 기술을 이용한 B형 간염 백신 – 백신 생산 및 정제 방법의 발전 – 자궁경부암 예방을 위한 HPV 백신 – 뇌수막염, 폐렴 등 백신 개발 – 유전공학/유전자 재조합을 이용한 COVID-19 mRNA 백신 | |
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미개발 |
HIV therapeutic vaccine (에이즈 백신은 현재도 승인된것 없음) | |
*첨부문서
이중에서도 제일 중요한 것을 생각한다면 20세기 결핵과 소아마비에 대한 백신을 통해서 전 인류에 큰 기여를 했다고 볼 수 있다 결핵에 대한 BCG 백신은 Albert Calmette와 Camille Guérin이 개발했습니다.
Jonas Salk의 비활성화 소아마비 백신(IPV)과 Albert Sabin의 경구 소아마비 백신(OPV)은 소아마비 퇴치에 중요한 역할을 했습니다.
홍역, 볼거리, 풍진 등과 같은 질병에 대한 백신도 이 기간 동안 개발되어서 전세계적으로 보급되었습니다.
유전자재조합관련 진행사항
1970년대 과학자들은 특정 유전자를 분리하고 조작하는 연구결과를 통해서 특정인식부위에서 DNA를 절단할 수 있는 효소를 발견, 따라서 유전물질 재조합이 가능하게 되었습니다.
재조합 인슐린의 생산:
유전자 재조합 기술의 가장 초기이자 가장 중요한 적용 중 하나는 재조합 인슐린의 생산이었습니다. 이 기술 이전에는 당뇨병 치료에 사용되는 인슐린이 동물, 주로 돼지와 소의 췌장에서 추출되었습니다. 1980년대 초 과학자들은 재조합 DNA 기술을 사용하여 인간 인슐린을 암호화하는 유전자를 박테리아(Escherichia coli)에 삽입했습니다. 그런 다음 박테리아는 인간 인슐린을 생산하여 당뇨병 환자에게 더 안전하고 풍부한 인슐린 공급원을 제공했습니다.
B형 간염 백신:
B형 간염 백신은 유전자 재조합 기술을 적용한 또 다른 사례다. 백신은 B형 간염 표면 항원(HBsAg)을 암호화하는 유전자를 효모 세포 또는 기타 발현 시스템에 삽입하여 생산됩니다. 그런 다음 이 세포들은 대량의 HBsAg를 생산할 수 있으며, 이는 정제되어 백신의 주요 구성 요소로 사용됩니다.
유전자 변형 작물:
유전자 재조합 기술은 유전자 변형(GM) 작물 개발에 중요한 역할을 해왔습니다. 유전 공학 기술을 통해 과학자들은 해충에 대한 저항성, 제초제에 대한 내성, 개선된 영양 성분과 같은 바람직한 특성을 작물에 도입할 수 있습니다. 예를 들어 유전자 변형 옥수수, 대두, 목화와 같은 작물은 생산성을 높이고 작물 손상을 줄이며 영양가를 향상시키는 특성을 갖도록 개발되었습니다.
바이오의약품:
유전자 재조합 기술을 통해 다양한 바이오 의약품 생산이 가능해졌습니다. 재조합 DNA 기술을 사용하여 치료 단백질, 호르몬, 항체 및 효소를 암호화하는 유전자를 박테리아, 효모 또는 포유류 세포와 같은 숙주 세포에 삽입하여 이러한 귀중한 제품을 대량으로 생산할 수 있습니다. 유전자 재조합 기술을 통해 생산되는 바이오의약품으로는 성장호르몬, 응고인자, 단일클론항체, 백신 등이 있다.
COVID19 :
SARS-CoV-2 바이러스의 스파이크 단백질을 암호화하는 합성 mRNA를 생성하기 위해 유전 공학 기술을 활용한 COVID-19 mRNA 백신의 개발에서 볼 수 있듯이 질병 발생 중 백신의 급속한 개발이 중요해졌습니다.
HPV바이러스:
21세기는 자궁경부암 예방을 위한 인유두종 바이러스(HPV)와 같은 질병에 대한 백신 개발을 목격했습니다. 수막염, 폐렴, 로타바이러스 및 기타 전염병에 대한 백신도 개발되었습니다.
백신개발의 위험성과 실패사례(Dengvaxia) 백신개발은 인류를 위한 기여하는 목적이 있지만, 반대로 위험성도 내포하고 있다. 따라서 현재에도 끊임없는 실험과 데이터를 통해서 발전하고 있다
Dengvaxia
사노피 파스퇴르가 개발한 뎅그박시아(Dengvaxia)는 뎅기열 바이러스에 의한 뎅기열을 표적으로 하는 유전자 조작 백신이다. 광범위한 임상 시험을 거쳤으며 여러 국가에서 규제 승인을 받았습니다. 그러나 후속 허가 후 연구 및 조사에서 특정 인구에 대한 백신의 효과 및 잠재적 위험에 대한 우려가 제기되었습니다.
2017년 11월 사노피 파스퇴르는 뎅그박시아 백신을 접종했지만 이전에 뎅기열에 감염되지 않은 개인이 나중에 바이러스에 감염되면 더 심각한 질병 증상을 경험할 수 있다는 성명을 발표했습니다. 이 성명은 임상 시험 데이터의 추가 분석을 기반으로 하며 이전에 바이러스에 노출된 적이 없는 개인에서 심각한 뎅기열의 잠재적 위험을 시사했습니다.
이 발표는 일부 국가에서 상당한 대중의 우려와 규제 조치로 이어졌습니다. 여러 정부에서 뎅기 백신 프로그램을 중단하거나 수정했으며 Dengvaxia의 안전성 및 위험 프로필을 평가하기 위해 추가 조사와 연구가 수행되었습니다. 사노피 파스퇴르는 또한 백신의 라벨링을 업데이트하고 의료 제공자와 대중에게 추가 정보를 제공했습니다.
Dengvaxia 백신 접종 후 중증 뎅기열의 전반적인 위험은 여전히 낮고 백신은 이전에 뎅기열에 감염된 개인의 뎅기열 예방 효과를 입증했다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. Dengvaxia를 둘러싼 도전과 논쟁은 백신 개발의 복잡성과 강력한 임상 시험, 허가 후 감시 및 백신 안전성과 유효성을 보장하기 위한 투명한 커뮤니케이션의 중요성을 강조했습니다.
Dengvaxia와 같은 사례에서 얻은 교훈은 백신 개발 프로세스 및 규제 관행을 지속적으로 알리고 개선하며 백신 접종 프로그램에 대한 대중의 신뢰를 유지하기 위한 지속적인 모니터링, 엄격한 평가 및 투명한 커뮤니케이션의 필요성을 강조합니다.
미래 백신개발의 필요성을 생각한다
백신은 전염병을 통제 및 예방하고 공중보건을 위한 지속적인 발전이 있어야 함에 당위성이 있습니다. 이러한 구체적인 근거를 몇가지 생각해보겠습니다.
전염병 예방: 백신은 전염병을 예방하는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다. 면역 체계를 자극하여 특정 병원체를 인식하고 대응하도록 함으로써 백신은 감염을 예방하고 질병의 확산을 줄이며 개인과 지역 사회를 보호하는 데 도움이 됩니다. 기존 및 신종 감염병 모두를 대상으로 하는 지속적인 백신 개발이 필요합니다.
세계 보건 영향: 백신은 전염병으로 인한 질병, 장애 및 사망을 줄임으로써 세계 보건에 상당한 영향을 미쳤습니다. 향후 백신 개발은 현재 효과적인 백신이 없거나 백신 적용 범위가 제한된 질병을 대상으로 하여 이러한 영향을 더욱 확대하는 것을 목표로 합니다. 소외된 인구에 도달하고 전 세계적 건강 격차를 해결함으로써 백신은 전 세계적으로 전염병의 부담을 줄이는 데 기여할 수 있습니다.
발병 대비 및 대응: 백신 개발은 발병 대비 및 대응에 중요한 역할을 합니다. 백신의 신속한 개발 및 배치는 대유행병 또는 유행병과 같은 질병 발생 시 필수적입니다. 지속적인 연구 개발을 통해 특정 병원체를 대상으로 하는 백신을 적시에 생성할 수 있으므로 전염병의 확산과 영향을 완화하기 위한 신속한 대응이 가능합니다.
백신 안전성 및 효능 개선: 기존 백신이 안전하고 효과적인 것으로 입증되었지만 지속적인 연구 개발은 백신 안전성 프로파일을 개선하고 면역원성을 강화하며 보호 기간을 연장하는 것을 목표로 합니다. 여기에는 면역 반응을 최적화하고 부작용을 최소화하기 위한 새로운 보조제, 전달 시스템 및 백신 제제 탐색이 포함됩니다. 지속적인 백신 개발을 통해 면역화 전략을 개선하고 발전시킬 수 있습니다.
신종 병원체 대응: 새로운 전염병이 출현하거나 기존 병원체가 진화함에 따라 백신 개발은 확산을 통제하고 예방하는 데 중요해집니다. mRNA 백신과 같은 신속한 대응 플랫폼 및 기술을 통해 새로운 병원체에 대한 백신을 신속하게 설계하고 생산할 수 있습니다. 바이러스학, 면역학 및 유전체학에 대한 지속적인 연구는 백신 개발의 잠재적 표적을 식별하는 데 도움이 되며 새로운 위협에 대한 선제적 조치를 가능하게 합니다.
맞춤형 및 표적 백신: 백신 개발의 발전은 맞춤형 및 표적 백신을 위한 길을 열 수 있습니다. 연령, 유전학 또는 특정 위험 요인과 같은 개별 특성에 맞게 백신을 조정하면 백신 효과를 높이고 부작용을 줄일 수 있습니다. 이 분야의 연구는 미래의 백신 개발에 대한 전망을 제시하여 보다 정확하고 맞춤화된 예방접종 전략을 가능하게 합니다.
미래 백신 개발의 정당성은 전염병으로부터 개인, 지역 사회 및 전 세계 인구를 보호하고 진화하는 도전과 새로운 위협에 적응해야 할 필요성에 뿌리를 두고 있습니다. 지속적인 연구, 혁신 및 협력을 통해 안전하고 효과적이며 접근 가능한 백신의 개발은 계속해서 전 세계 공중 보건 전략의 중요한 구성 요소가 될 것입니다.
