서울아산병원 감염내과
정용필

2019년 말에 중국 우한 지역에 신종 폐렴이 유행한다는 기사를 보았을 때, 예전의 중국이 아니니 중증 열성 혈소판 감소 증후군(SFTS) 바이러스를 잘 밝혀내었듯이 신종 폐렴의 원인을 잘 찾아내고 전염병이라면 이전의 사스 경험이 있으니 쉽게 통제할 것으로 생각했다. 그러나 이런 단순하고 낙관적인 생각은 우한과 멀리 떨어져 있는 필자뿐만 아니라 당사자인 중국 관리들에게도 있었던 것으로 보인다. 단지 수개월 만에 SARS-CoV-2는 중국을 넘어 전 세계에 팬데믹을 일으켰다. SARS-CoV-2에 의한 감염질환을 코로나19(COVID-19)라고 하며, 2021년 7월 2일을 기준으로 전 세계 1억 8,231만 명이 확진되었고, 이 중 2.2%인 395만 명이 사망하였다. 코로나19 백신이 도입되기 이전에는 하루 80만 명씩 신규 확진되었는데, 29억 회의 백신이 투여된 현재에는 하루 35만 명이 신규 확진되며, 사망자 수도 같이 감소하고 있다. 백신이 개발도상국 및 저개발국까지 충분히 보급되기 시작하면 이 숫자들은 더 감소하게 될 것이다.

 

코로나19 바이러스는 유전체가 RNA인 바이러스이고, 외막에 있는 spike 단백질이 사람 세포의 수용체에 결합하여 세포 안으로 들어가면서 감염이 시작된다(그림 1). 이 spike 단백질에 결합하여 그 기능을 방해할 수 있는 항체가 있다면(이런 항체를 중화항체라고 함), 코로나19 바이러스의 감염을 막을 수 있다. 그러므로 모든 코로나19 백신은 사람 몸 안에서 코로나19 바이러스의 spike 단백질에 대한 중화항체를 생성시키는 것을 목표로 한다(그림 2). 코로나19에 대한 면역에 중화항체의 생성 즉 체액성 면역만이 필요한 것이 아니라 세포성 면역도 같이 필요로 하는데, 대개 중화항체가 생성되면 세포성 면역도 같이 생긴다고 본다. 이 세포성 면역은 코로나19 감염의 중증도를 낮추는 방향으로도 작용한다.

 

 

 

코로나19 백신은 감염 자체를 막아주는 것이 주된 작용이지만, 그 효과가 100%는 아니기 때문에 실제 접종을 받은 사람도 감염이 될 수 있다(이를 흔히 백신 돌파 감염이라고 한다). 백신 개발 전에는 코로나19 환자를 철저히 격리하고, 많은 사람들이 마스크 착용 등의 방역수칙을 지켜서 코로나19 바이러스가 확산하지 않도록 해서 지역사회에서의 바이러스 유행을 제한시킬 수 있었다. 많은 사람들이(인구의 약 70% 정도 이상) 코로나19 백신을 접종 받으면, 해당 인구 집단 전체에 어느 정도의 집단면역이 생겨서 바이러스 유행을 감소시킬 수 있어, 백신 접종을 안 받은 사람들도 상당 부분 보호될 수 있다. 하지만 백신이 널리 보급되면 방역수칙이 완화될 것이고 백신 접종자들은 코로나19에 감염되어도 그 중증도가 낮아져서 대개 무증상이나 경미한 증상으로 지나가기 때문에 도리어 바이러스는 지역사회에 더 많이 유행하게 될 수 있다. 즉 인플루엔자와 같이 중증 질환을 잘 일으키지 않는 인류와 함께 살아가는 바이러스가 되게 될 것이다. 그러나 코로나19 감염 시 흔히 중증 질환으로 진행하는 노인이나 기저 질환자가 만약 코로나19 백신을 접종하지 않는다면 이런 상황에서는 감염될 가능성이 더 증가하게 되어 위험에 빠질 수 있다(그림 3). 그러므로 코로나19 백신 접종은 나를 지키는 것임과 동시에 내 가족과 동료를 지키는 것이다.

코로나19 백신은 사람 몸 안에 바이러스의 spike 단백질을 넣어주어 이에 대한 면역반응을 유도하는 것이다. 이 spike 단백질을 넣어주는 방법에 따라 백신의 종류가 달라진다(그림 4).

전통적인 백신은 불활성화시킨 사멸 바이러스 자체를 넣어주거나(그림 4-①), 면역반응을 일으키는 특정 항원 단백질(spike 단백질)을 생산하여 면역증강제와 함께 직접 넣어주는 방식(그림 4-④)이다. ④의 방식은 유전자 재조합기술의 발달로 최근에 보편화한 기술로 노바백스 백신의 경우는 spike 단백 유전자를 곤충바이러스에 끼워 넣어 나방을 감염시키고, 나방이 spike 단백질을 생산해내면 이것을 추출 정제하여 백신으로 사용하는 것이다. 불활화백신에 비해 subunit 백신이 면역 효과가 크고 부작용이 적은 장점이 있다. 

 

경증의 감기나 설사병을 일으키는 아데노바이러스의 유전자를 조작하여 감염되어도 자가 증식을 못 하게 하고(복제가 안 되게 하고), 그 유전자 안에 spike 단백 유전자를 삽입하여 아데노바이러스 벡터 백신을 만든다(그림 4-②). 이 바이러스 벡터 백신을 사람의 근육에 투여하면 아데노바이러스 벡터가 사람 세포의 핵까지 들어가서 spike 단백 유전자가 들어있는 DNA를 유리하고, 이 DNA가 핵안에서 전사되어 mRNA가 생성되며 이것이 세포질로 이동하여 spike 단백질이 생성되고 이것이 면역 반응을 유도한다(그림 5). 아스트라제네카 백신의 경우는 침팬지 아데노바이러스를 사용하고, 러시아 스푸트니크 백신과 미국 얀센 백신은 사람의 아데노바이러스를 사용한다. 아데노바이러스는 사람에게 흔히 감염을 일으키는 바이러스이므로 이미 이에 대한 항체 면역이 있는 사람들이 있고, 이 경우 백신 효과가 떨어진다고 알려져 있다. 그래서 아스트라제네카 백신은 사람에게 노출이 덜 되어 있는 침팬지 아데노바이러스를 사용한 것인데, 그래서 그런지 일반적 부작용 발생률이 더 높은 것으로 보인다. Spike 단백 유전자를 유전자 재조합기술을 사용하여 DNA나 RNA로 대량으로 만들어(그림 4-③) 그것을 직접 사람의 세포 안에 넣어 주어서 그림 5와 같이 최종적으로 spike 단백질이 만들어지게 하는 것이 DNA 백신 또는 RNA 백신이다. 이런 유전자 백신은 사람 세포의 핵으로 DNA를 넣어주거나, 세포질로 RNA를 넣어주는 효과적인 기술이 필요하다. DNA 백신은 핵까지 유전자를 넣어주어야 하기 때문에 기술적 어려움이 있고, RNA 백신에 비해 체내 반감기가 길어서 한번 투여된 DNA가 수개월까지 몸속에서 작용을 하므로 장기 부작용이 있을 수 있다.

현재까지 국내에서 주로 접종했던 코로나19 백신은 아스트라제네카 백신과 화이자 RNA 백신이며 최근 모더나 RNA 백신 접종이 시작되고 있다. 질병 관리청 최근 자료에 의하면 국내 60세 이상 코로나19 백신 접종자에서 백신의 감염 예방효과는 87% (아스트라제네카 백신 86%, 화이자 백신 90%), 사망 예방효과는 100%였다. 백신을 투여받아도 일부 사람들은 코로나19에 감염이 될 수는 있으나, 중증으로의 진행을 90-100% 막아주는 효과가 있어 부작용 위험 대비 이득이 매우 크므로 적극적인 백신 접종이 필요하겠다.

다음 호에는 각 코로나19 백신의 효과 및 부작용과 변이 바이러스 문제에 대해서 다루도록 하겠다.