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2020 봄호 / 기획특집 ② / 코로나19

2020-06-02 117

기획특집 ② / 코로나19 : 코로나19의 치료와 예방

앞선 내용에서 코로나 바이러스의 특징과 그 특징을 연구하여 꼭 맞는 치료제를 개발하는 방법을 알아보았는데요. 치료제가 개발된 후 유통되기 위해서는, 바이러스나 질환에 대한 치료 효과와 안전성 등의 여러 기준을 정해진 과정을 통해 입증해야 합니다. 우후죽순 쏟아지는 개발 성공 소식에도 불구하고 당장에 코로나 바이러스의 치료제 유통이 이루어지지 않는 이유가 이것입니다. 그래서 이런 과정을 줄일 수 있는 약물 재창출 연구, 혈장 치료제의 연구 등의 개발 방법이 주목받고 있습니다. 연구 개발 방법과 함께 감염 예방을 위한 백신 연구는 어떻게 이루어지고 있는지도 함께 알아볼까요?

 

약물 재창출 연구

약물 재창출 연구란, 이미 시판 중이거나 안전성 이외의 개발 과정에서의 이유로 상품화되지 못한 약물의 새로운 의학적 용도를 개발하는 신약 개발의 한 방법입니다. 이러한 약물은 이미 완성되었거나 안전성이 입증된 경우가 많아 해당 질환에 대한 약물의 유효성만 입증된다면, 신약으로서의 기준을 충족할 수 있어 개발하는 비용이나 긴 과정에 따른 시간을 많이 단축할 수 있습니다. 그렇다면 약물 재창출 연구를 통해 SARS-CoV-2의 감염을 효과적으로 억제할 수 있는 것으로 밝혀지고 있는 약물은 무엇인지 알아볼까요?

렘데시비르(Remdesivir, GS-5734)는 에볼라 바이러스로 인한 질환의 치료를 위해 개발되었던 ATP 핵산 유사체(Nucleotide analogue)로 ATP 핵산과 모양이 비슷한 물질입니다. 바이러스의 RNA-의존성 RNA 중합효소(RNA-dependent RNA polymerase, RdRP)를 억제해 RNA합성을 방해하고, 결국에는 바이러스가 증식하는 것을 방해하는 방식으로 감염을 억제합니다. 원숭이를 대상으로 하는 동물실험을 통해 에볼라, 니파 바이러스 감염에 대한 효과가 있었던 렘데시비르는 현재 미국, 중국, 한국에서 임상시험을 진행 중입니다. 마찬가지로 약물 재창출 연구의 대상이 된 A형 신종 인플루엔자(H1N1)의 치료제 아비간(Avigan, Favipiravir, T-705)은 렘데시비르와 마찬가지로 핵산 유사체, 그중에서도 구아닌 유사체로 작용하여 바이러스의 RNA-의존성 RNA 중합효소를 억제하여 작용하고 SARS-CoV-2에 대한 유효성 연구가 진행 중입니다.

바이러스의 단백질 가위와 결합하여 바이러스의 증식을 차단하는 치료제도 있습니다. 칼레트라(Kaletra)는 단백질 분해효소를 억제하는 역할을 하는 로피나비르(Lopinavir)와 리토나비르(Ritonavir)라는 물질을 조합한 복합체로, 에이즈를 유발하는 인간 면역 결핍 바이러스(Human Immunodeficiency Virus, HIV)의 단백질 가위와 결합하여 바이러스를 차단하는 치료제로 알려져 있습니다. 확진자에게 투여한 다음 치료제 역할의 효과가 있는 사례가 보고되긴 했지만, 인간 면역 결핍 바이러스와 SARS-CoV-2의 단백질 가위는 서로 많이 다른 형태를 띠고 있기 때문에, SARS-CoV-2에도 효과가 있는지에 대해서는 연구가 이루어지고 있습니다. 말라리아의 치료제로 널리 알려진 클로로퀸(Chloroquine)은 바이러스가 숙주 세포와 결합하기 위해 필요한 당화(glycosylation)를 억제하는 작용을 해 과거 SARS 치료에도 효과가 있었는데, 이번 SARS-CoV-2의 감염 단계에서 억제를 일부 하는 것으로 관찰되어 유효성 연구가 진행 중입니다.

① 왼쪽부터 HIV, SARS-CoV, SARS-CoV 의 단백질 가위

   (https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000971/selectBoardArticle.do?nttId=18224)

 

혈장치료제와 단일 클론 항체

혈장치료는 바이러스에 감염되었다가 회복된 환자의 혈장을 다른 환자에게 주입해 치료하는 방법입니다. 혈장(plasma)은 혈액을 구성하는 액체 성분으로, 92%는 물로 구성되어 있고 8%를 단백질이 차지합니다. 이 혈장의 단백질에는 바이러스 등 항원의 침입에 대항하여 우리 몸이 생산하는 항체도 포함될 수 있습니다. 바이러스에 감염되었다가 회복한 사람의 혈장에는 바이러스에 대항하는 항체가 포함되어 있으니, 다른 사람에게 치료제로서 작용할 수 있다는 원리이죠. 2014년, WHO가 에볼라에 대한 혈장치료를 경험적 치료법으로 권장하였고, 2015년 MERS-CoV 치료에 있어서 혈장치료법의 프로토콜이 확립되었습니다. SARS-CoV-2에 대한 혈장치료법의 연구 결과가 아직 확정되지는 않았지만, 병의 경과에 도움이 될 수 있어 치료제로서의 가능성은 열려 있다고 합니다. 단일 클론 항체(monoclonal antibody) 치료제는 혈장 치료제에 포함된 항체를 분석하고 직접 합성하여 만든 치료제인데요, MERS-CoV의 경우 LCA60 단일 클론 항체를 합성해 일부 효과가 있을 것으로 보이는 연구 결과를 얻었습니다. *단일 클론 항체: 하나의 항원 결정기에만 항체 반응을 하는 특정 단일 항체. 보통 인위적으로 만들어진 클론에서 생산된다.

 

코로나19와 백신 개발

코로나 바이러스의 치료를 위한 치료제의 개발만큼, 예방하기 위한 백신의 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 보통의 백신 개발의 경우 병원체나 항원을 체내에 주입하는 방법으로, 병원체와 항원을 대량 배양하기 위한 바이러스가 존재해야 합니다. SARS-CoV-2는 바이러스를 분리하여 연구진들에게 분양하기 전, 전체 유전체를 공개해 유전체를 통하여 백신을 신속하게 제작할 수 있도록 했습니다. DNA 백신은 항원의 DNA 유전자를 이용하는 백신입니다. 면역반응을 유도하는 항원을, 코딩 할 수 있는 유전자를 포함한 플라스미드 DNA 운반체에 삽입하여 생체에 주입합니다. 몸속에서 발현된 항원이 세포질 내 프로테아좀에서 작은 단백질 분자로 분해되면 주조직 적합성 복합체(major histo- compatibility complex, MHC) I분자와 결합하여 세포 표면에 제시되게 됩니다. 이렇게 제시된 항원의 부분을 세포독성T세포가 인지하여 세포성 면역을 유도하는 방식으로 작동합니다. 항원이 주조직 적합성 복합체가 아닌 체내의 B세포나 대식세포로 포획되면,

주조직 적합성 복합체 II분자와 결합하여 제시되고 체액성 면역반응을 활성화합니다. 코로나 바이러스의 일종인 MERS 백신은 이러한 DNA 백신으로 개발 중이며, 현재 임상 단계에 있습니다. 이번 SARS-CoV-2의 백신은 DNA 백신의 세포막의 투과율을 일시적으로 증가시켜 짧은 시간에 투여하는 부분의 파괴 없이 DNA 백신을 효과적으로 접종할 수 있는 전기천공법(Electroporation) 기술도 활용하는 방안으로 개발되고 있습니다. DNA 백신과 발현 방법이 비슷하지만 DNA 백신에 비해 감염과 돌연변이 유발의 위험이 적은 특징을 주목받는 mRNA 백신도 SARS-CoV-2의 백신으로 개발하고 있습니다. mRNA 백신은 몸속에서 자연스럽게 분해되고, 조절 방법이 다양하며 빠르게 생체 내에 전달되어 발현되는 특징을 가지고 있습니다. 또한 SARS-CoV-2의 S단백질을 합성해 비슷한 구조의 항원으로 우리 몸의 면역 시스템에 인식시킬 수 있는 분자 클램프 형태의 백신, 약독성 백신, 바이러스 벡터를 이용한 백신, 구강 백신 등 다양한 방법으로 전 세계 연구자들이 SARS-CoV-2의 예방을 위한 백신 개발에 힘쓰고 있습니다.

② DNA 백신의 기작 (https://www.kasl.org/pdf/2014_sts/04.pdf)

 

마무리

바이러스에 감염되었을 때의 치료법부터 예방하기 위한 노력까지, 연구진들은 SARS-CoV-2에 보다 효과적으로 대처할 수 있는 연구 방향을 잡아나가고 있습니다. 다양한 연구 방향으로 SARS-CoV-2의 치료, 예방법을 연구하는 과정에서 얻어지는 결과 중에는 지금의 팬데믹을 이겨내는 것뿐만 아니라, 추후 다른 병원균, 바이러스가 등장했을 때 지금보다 대처할 수 있는 시스템의 구축도 분명 있을 것입니다.

출처

1 허정. (2014). 만성C형간염 : 새로운 치료제: DNA 치료백신(VGX-6150). Single Topic Symposinm (STS), 2014(1), 25-33. (내용, 그림 2 출처)

2 문성실(2020). COVID-19 유행 및 연구 동향. BRIC View 2020-TX2

3 김원근(2019). mRNA 백신 – 백신학의 새로운 시대. BRIC View 2019-R11

알리미 24기 컴퓨터공학과 18학번 박수빈