질병관리청 국립보건연구원은 인공지능(AI)을 활용해 코로나19 바이러스 변이에 폭넓게 대응할 수 있는 차세대 코로나19 백신 설계 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
현재 코로나19 백신에 사용되고 있는 항원(스파이크 단백질)은 구조를 안정화시키기 위해 세포막과 결합하는 부분에 두 개의 변이가 도입돼 있다. 이러한 변이는 항원 구조를 안정화시켜 면역원성을 높이는 효과는 있지만, 바이러스 방어에 중요한 중화항체의 표적이 되는 부분은 계속 변이를 일으키며 백신 효과가 약해질 수 있다는 점이 지속적인 문제로 지적돼 왔다. 이에 따라 새로운 변이가 유행할 때마다 백신 항원을 다시 설계해야 하는 한계가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 고려대 백신혁신센터와 공동연구를 통해 여러 변이에서 공통으로 유지되는 유전자 서열을 분석하고, 항원 구조 자체를 더 안정적으로 설계했다.
이렇게 개발한 2가 mRNA 백신을 동물모델에 적용한 결과, 여러 코로나19 변이에 대해 중화항체와 T세포 면역 반응이 모두 증가했으며, 최근 유행한 변이에 대해서도 우수한 감염 억제 효과를 보였다.
현재 코로나19 백신에 사용되고 있는 항원(스파이크 단백질)은 구조를 안정화시키기 위해 세포막과 결합하는 부분에 두 개의 변이가 도입돼 있다. 이러한 변이는 항원 구조를 안정화시켜 면역원성을 높이는 효과는 있지만, 바이러스 방어에 중요한 중화항체의 표적이 되는 부분은 계속 변이를 일으키며 백신 효과가 약해질 수 있다는 점이 지속적인 문제로 지적돼 왔다. 이에 따라 새로운 변이가 유행할 때마다 백신 항원을 다시 설계해야 하는 한계가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 고려대 백신혁신센터와 공동연구를 통해 여러 변이에서 공통으로 유지되는 유전자 서열을 분석하고, 항원 구조 자체를 더 안정적으로 설계했다.
이렇게 개발한 2가 mRNA 백신을 동물모델에 적용한 결과, 여러 코로나19 변이에 대해 중화항체와 T세포 면역 반응이 모두 증가했으며, 최근 유행한 변이에 대해서도 우수한 감염 억제 효과를 보였다.
이번 연구는 자연계에 존재하는 바이러스 변이주 발생에 따라 수동적으로 백신을 개발하는 것이 아니라, 인공지능을 활용해 백신 항원 자체를 구조적으로 더 안정적이고 효율적으로 설계함으로써 백신 항원의 효능을 더욱 향상시키고, 향후 발생할 변이에 대응할 수 있는 백신 개발 가능성을 보여줬다.
감염병백신연구과 김유진 과장은 “이번 연구는 구조 예측을 바탕으로 항원을 안정화시킴으로써 다양한 변이에 대응할 수 있는 설계 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크며, 향후 다양한 감염병에 적용 가능한 mRNA 백신 및 단백질 백신용 차세대 항원 설계 기술로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.
국립보건연구원 남재환 원장은 “이번 성과는 국립보건연구원이 추진해 온 백신 연구의 축적된 성과를 보여주는 사례로, 국가 차원의 감염병 대비 역량을 강화하는 데 중요한 기반이 될 것으로 기대된다”고 말했다.
이 기사와 관련기사