<사진 뉴스1 제공>
앞으로 코로나19 바이러스 변이가 발생할 때마다 백신을 새로 설계해야 했던 번거로움이 사라질 전망이다. 인공지능(AI)을 활용해 미래의 변이까지 방어할 수 있는 ‘범용성’ 차세대 백신 설계 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐기 때문이다.
질병관리청 국립보건연구원은 고려대학교 백신혁신센터와 공동연구를 통해, 인공지능으로 항원 구조를 정밀하게 설계하여 다양한 변이 바이러스에 폭넓게 대응할 수 있는 차세대 mRNA 백신 전략을 제시했다고 밝혔다.
현재 사용되는 코로나19 백신은 특정 변이의 ‘스파이크 단백질’을 항원으로 사용한다. 하지만 바이러스가 계속 변이하면서 백신의 중화항체 방어력이 약해지는 고질적인 문제가 있었다. 새로운 변이가 유행할 때마다 제약사들이 항원을 다시 설계해 백신을 업데이트해야 했던 이유다.
연구진은 이 문제를 해결하기 위해 AI를 투입했다. 수많은 변이 바이러스에서 공통으로 유지되는 유전자 서열을 추출하고, 이를 바탕으로 항원 구조 자체가 흐트러지지 않도록 더욱 견고하게 설계하는 ‘항원 안정화’ 기술을 적용했다.
<그림1. 초기 코로나19 변이까지 공통적으로 유지되는 서열 특성을 반영한 항원(Css_dsg S)에 대한 구조 안정성 변이 도입>
이렇게 설계된 2가 mRNA 백신을 동물 모델에 접종한 결과 결과는 놀라웠다. 기존 백신보다 여러 변이에 대해 중화항체 형성이 크게 늘었을 뿐만 아니라 바이러스를 직접 공격하는 T세포 면역 반응도 활발해졌다. 특히 최근 유행한 최신 변이주들에 대해서도 우수한 감염 억제 효과를 나타내, 향후 나타날 미지의 변이에도 대응할 수 있는 가능성을 열었다.
<그림2. 해당 항원으로 제작한 mRNA 백신(1가, 2가)을 접종한 동물모델에서 확인된 감염 보호 효과를 보여줌. 코로나19 변이(BA.5, BN.1) 감염 시, 3일후 폐 내 바이러스량이 유의하게 감소함>
이번 연구는 바이러스가 변하면 그 뒤를 쫓던 수동적 개발 방식에서 벗어나 데이터와 구조 예측을 통해 선제적으로 대응하는 ‘능동적 설계’ 체계를 구축했다는 데 큰 의미가 있다.
김유진 감염병백신연구과장은 “이번 설계 전략은 mRNA 백신뿐만 아니라 단백질 백신 등 다양한 형태의 차세대 항원 설계 기술로 확장 가능하다”고 설명했다.
남재환 국립보건연구원장은 “이번 성과는 국가 차원의 감염병 대비 역량을 한 단계 끌어올린 사례”라며 “축적된 연구 역량을 바탕으로 향후 발생할 수 있는 신종 감염병 대응에 만전을 기하겠다”고 강조했다.
