화이자·모더나 등 코로나19 백신으로 잘 알려진 mRNA(메신저 리보핵산, DNA 유전 정보를 옮기는 분자) 백신이 우리 몸속에서 어떻게 작용하는지, 국내 연구진이 세계 최초로 규명했다. 코로나19 같은 감염병뿐 아니라 암·면역 질환 등에도 mRNA 기반 백신, 치료제를 개발할 수 있는 길이 열렸다.

4일 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단은 mRNA 백신이 체내에서 작동하는 데 영향을 미치는 핵심 단백질군을 찾아내 그 작동 원리를 규명했다고 밝혔다. 이 연구는 이날 세계 최고 권위 학술지 ‘사이언스’에 게재됐다.

 
연구단은 mRNA 백신이 몸 안에서 활성화하는 과정에서 체내에 있던 ‘황산 헤파란’과 ‘V-ATPase’ 두 생체 분자가 역할을 한다는 점을 밝혀냈다. 두 생체 분자 덕분에 mRNA는 세포가 단백질을 만들 수 있게 하고, 이후 우리 면역체계는 그 단백질을 적으로 인식해 항체와 면역기억을 만들게 된다. 연구단은 mRNA 백신 활성화를 방해하는 물질도 발견했다. 세포질에 있는 ‘TRIM25’라는 단백질이다. TRIM25는 외부에서 들어온 RNA를 침입자로 인식하고 제거하는 역할을 한다. 연구를 주도한 김명환 IBS 연구원은 “mRNA 백신은 세포 입장에선 오히려 침입자로 여겨질 수 있다”며 “이를 해결한 것이 2023년 노벨생리의학상을 받은 변형염기 기술인데, 이번 연구를 통해 변형염기가 도입된 mRNA의 경우 TRIM25가 인지하지 못한다는 사실을 알아냈다”고 말했다.

김빛내리 RNA 연구단장(서울대 생명과학부 석좌교수)은 전날 열린 기자간담회에서 “mRNA 백신이 체내에서 작동하는 원리를 아는 것은 중요하다”고 말했다. 그는 “mRNA 활성화를 돕는 물질은 잘 활용하고, 방해하는 물질은 회피해 mRNA의 전달 효율·안정성을 높이는 방향으로 백신 등 치료제를 개발할 수 있다”며 “적은 용량의 mRNA로 효과를 낸다면 부작용을 줄이는 것도 가능해질 것”이라고 강조했다.

mRNA는 메신저(전령)와 RNA(리보핵산)을 합친 개념이다. RNA는 세포 유전 정보를 복사해 세포질에서 단백질을 만들도록 하는데, 이때 mRNA는 유전 정보를 전달하는 운반책 역할을 한다. 화이자·모더나 등 글로벌 제약회사들은 mRNA의 이런 일반적인 원리에 기반해 코로나19 백신을 개발했다. 코로나 바이러스 단백질을 만들도록 설계한 mRNA를 인체 내 세포로 직접 주입해 면역력을 얻게 하는 방식이다.


mRNA 기반 코로나19 백신은 팬데믹이 시작된 2020년 개발됐고 1년 만에 전 세계에서 접종을 시작했다. mRNA 기술이 사실상 처음으로 상용화된 사례인 데다, 개발에서 사용 승인까지 과정 역시 전례 없이 빠르게 진행됐다. 그러나 인간이 만든 mRNA가 체내로 들어갔을 때 실제 어떻게 작용할지에 대한 연구는 전무했다. 김 단장은 “우리는 ‘인공 mRNA가 우리 몸에 들어오면 무슨 일이 일어날까?’라는 단순한 호기심에서 연구를 시작했다”며 “mRNA 백신을 잘 만들기 위해선 세포 내 mRNA의 기본 특성뿐 아니라 인공적인 mRNA의 주입이 가져올 특성까지 고려해 디자인해야 한다”고 짚었다.

mRNA 기반 백신과 치료제는 개발속도가 매우 빨라 차세대 치료기술로 주목받고 있다. 연구단은 이번 발견으로 코로나19 같은 감염병뿐 아니라 암·면역 질환 등 넓은 범위에서 mRNA 기반 치료제를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 김 단장은 “현재 질병관리청이 K-백신 연구 개발 사업을 진행 중”이라며 “2028년까지는 우리나라에도 (mRNA 국산 백신 관련) 자체 개발 역량이 생길 것”이라고 말했다.