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백신의 발전과 미래의 백신
- 등록일2000-12-01
- 조회수20859
- 분류산업동향 > 제품 > 바이오의약
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자료발간일
2000-12-01
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출처
biozine
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원문링크
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키워드
#백신
백신의 발전과 미래의 백신
연세대학교 원주의과대학 예 병 일
★ 백신의 정의와 종류
백신이란 사람이나 동물에서 병원체에 의하여 발생하는 질병을 예방 또는 치료하 기 위하여 병원체 자체나 병원체의 일부 또는 병원체가 가지고 있거나 대사 과정에 배출되는 독소를 적당한 방법으로 처리하여 병원성을 없애거나 아주 미 약하게 만든 제품을 가리키는 용어이다. 인두법을 비롯한 원시적 의미의 백신이 사용된 것은 수천년 전으로 거슬러 올라갈 수 있으나 본격 적으로 백신이 인류에게 도움을 주기 시작한 것은 18세기 말, 영국의 제너(Edward Jenner, 1749∼1823)가 두창(천연두) 예방을 위한 종 두법을 발견하면서부터이다.
19세기 중반 프랑스의 빠스뙤르(Louis Pasteur, 1812∼1895)는 닭 콜레라와 탄저 병, 광견병을 예방할 수 있는 백신을 차례로 제조하여 이후 다른 전염성 질병에 대한 백신이 개발될 수 있는 길을 터 주었다. 빠 스뙤르는 자신이 고안한 예방법에 사용한 약독화된 균을 백신(vaccine)이라 하고, 백신을 사용하여 질병을 예방하는 방법을 예방접종 (vaccination)이라 하였다. 백신의 어원은 라틴어로 암소를 의미하는 vacca에서 유래한 것으로 제너가 처음 암소를 이 용한 것을 감안하여 빠스뙤르가 붙인 이름이다.
백신은 근육이나 피하에 접종하는 것이 대부분이지만 소아마비용 백신과 같이 입으로 투여하는 것도 있고, 비강으로 접종하는 것도 있다. 빠스뙤르가 시험에 사용했던 백신은 병원체를 사멸시켜 그 병원성을 없앤 불활화백신 (inactivated or killed vaccine)이었다. 생(균)백신의 상대적인 의미로 사(균)백신이라고도 하며, 백신 제조시 포르말린 등의 약품을 이용하여 병원성 미생물을 죽여서 얻는다. 불활화 백신은 안전성이 높아서 백신 접종의 부작용으로 발병하는 경우 가 적지만 생산비가 많이 들고, 효과가 상대적으로 미약하며, 면역지속기간이 생백신보다 짧다는 단점이 있다.
불활화백신과 상대적인 개념으로 순화백신(attenuated vaccine)이 있다. 이것은 살아있는 병원체를 조직이나, 계란, 배지 등에서 장기간 계대배양하여 독성을 없애거나 아주 미약하게 하여 만든것이다. 생백신이라고 도 하며, 병원체의 병원성을 약화시켰다는 뜻에서 약독화백신이라고도 한다. 제조비용이 적게 들고, 생백신보다 면역효과가 좋다는 장점이 있 으나 안전성이 낮은 것이 단점이다.
그 후에 개발된 톡소이드(toxoid)는 병원체의 대사과정에 생성되거나 병원체 자 체가 가지고 있는 독소(toxin)를 가열하거나 포르말린 등의 약품을 처리한 것이다. 독성은 파괴되지만 독소가 지닌 특이한 면역원성은 그대로 지니게 있게 함으로써 인체에는 해를 주지 않고, 인체의 방어기전에 의해 면역 효과를 지니게 하는 것이다.
또, 병원체를 구성하는 성분 중 면역기능을 일으킬 수 있는 항원성분만을 추출하 여 제조한 백신을 특이항원 추출백신(subunit vaccine)이라 한다. 이것은 숙주가 방어에 필요한 항원부위에 대해서만 면역기능을 가질 수 있게 하므로 부작용을 가장 작게 할 수 있으나 제조비용이 많이 드는 것이 단점이다.
최근에는 위의 방법들을 혼합하여 제조한 백신도 개발되고 있으며 DNA 백신, 암 백신과 같이 최신 과학기술을 이용한 백신제조법이 전세계적으로 많이 연구되고 있고, 또 전염성 질병 이외의 질병도 백신을 이용하여 해결하려는 연 구가 꾸준히 이루어지고 있다.
★ 수동면역법 발견과 첫 노벨상
위에 예시한 질병 중 콜레라와 탄저병은 세균에 의한 것이고, 두창과 광견병은 바이러스에 의한 것이므로 20세기가 시작되기 전에 이미 세균과 바이러스에 대한 백신 제조법이 개발된 셈이다. 베링(Emil Adolf von Behring, 1854∼ 1917)은 제너와 빠스뙤르가 발견한 능동면역법과 다른 수동면역법을 최초로 도입하여 디프테리아 치료법을 개발한 공로를 인정받아 1901년 최초의 노벨 생리의학상을 수상하였다.
디프테리아 치료법을 연구하던 베링은 소량의 독소를 투여하였을 때 면역이 생 긴 실험동물의 혈액 내에는 독소를 중화시키는 어떤 물질이 생성되어 있을 것이라는 생각으로 면역이 생긴 동물의 혈액을 채취하여 세포(적혈구, 백혈 구, 혈소판)와 혈액 응고인자를 제거한 혈청을 얻은 후 혈청과 디프테리아균을 혼합하여 실험동물에 투여한 결과 아무 이상이 발생 하지 않았으나 면역이 생기지 않은 동물로부터 채취한 혈청과 디프테리아균을 혼합하여 투여한 동물에서는 디프테리아에 의한 독작용 이 확실히 나타나고 있었다.
즉 면역된 혈청 속에 독소를 중화시키는 물질이 존재하리라는 그의 가설이 들어 맞은 셈이었다. 그는 면역된 동물의 혈청 속에 존재하는, 독소를 중화하는 물질을 항독소(antitoxin)라 명명하였다.
노벨상 수상 후에도 학자로서 교육과 학문에 열중한 베링은 1913년, 자신의 이름 을 딴 베링연구소를 설립하고 여기에서 디프테리아 혈청요법에 사용할 백신의 대량 제조 및 판매를 담당하게 하여 인류를 디프테리아의 공포로부터 해 방시켜 주었다.
★ 우리 나라의 백신
우리 나라에서 백신에 대한 개념을 처음 접한 사람은 조선 후기 실학자인 박제가 였다. 1790년 중국 방문시 인두법에 대한 이야기를 듣게 된 그는 다른 실학자들에게 자신이 이를 알려 주었고, 곧이어 인두법보다 진보된 종두법에 대 한 책들이 중국으로부터 알려지게 되었다.
1798년 정약용은 <마과회통>을 저술하면서 종두법에 대한 내용을 기술하였 고, 이종인의 <시종통편> 및 이규경의 <오주연문장산고>에도 종두법에 대한 내용이 실려 있다. 그러나 종두법에 대한 산 발적인 지식들은 국민보건에 전혀 도움을 주지 못했다.
1876년 병자수호조약 후 일본을 방문한 박영선은 <種痘龜鑑>을 구입하여 문하생이던 지석영에게 전해주었다. 종두법에 관심을 가진 지석영은 부산에 일본인들을 위해 설립된 제생의원을 방문하여 종두법을 배웠다. 1879 년 12월 말경 서울로 돌아오는 길에 처가인 충주군 덕산면에서 처음 종두법을 실시하여 좋은 결과를 얻었고, 이듬해에 고종의 첫 째 왕자이던 완화군이 두창으로 사망하자 궁궐 내에 살고 있던 사람들에게 종두법을 시행하는 등 종두법 보급을 위해 노력하였다. 그 후 서 양의학이 우리 나라에 소개되면서 백신을 이용한 선진 예방접종법이 국내에 알려지게 되면서 우리 나라에서도 백신 사용이 급격히 늘 어나게 되었고, 질병 예방에도 큰 효과를 보게 되었다.
유행성 출혈열의 원인이 되는 한탄 바이러스를 1976년 세계최초로 발견한 이호 왕 박사는 1990년 유행성 출혈열 예방백신인 한타박스를 개발함으로써 우리 손으로 만든 예방백신이 유행성 출혈열 해결에 크게 공헌하는 개가 를 이루었다.
최근 우리 나라에서는 예방접종에 사용되는 DPT(디프테리아, 백일해, 파상풍) 백 신을 비롯하여 몇 가지 예방접종 사고가 발생하여 국민들에게 백신이 신뢰감을 주지 못하고 있으나 백신은 전염성 질환을 퇴치하는 가장 효과적인 방 법이므로 보건 당국은 철저한 관리를 통해 국민이 안심하고 백신을 투여받을 수 있도록 해야겠다.
★ 백신에 관한 최근 연구들
1999년 7월 8일자 네이쳐에는 쥐를 이용한 실험에서 백신을 이용하여 알츠하이 머 병(Alzheimer's disease)에 의한 치매를 치료할 수 있다는 논문이 게재되었다. 전염성 병원체와 무관한 알츠하이머병을 백신으 로 해결할 수 있다니 대단한 발견이 아닐 수 없다. 이 연구에 따르면 노인성 치매와 관련이 있는 것으로 알려진 아밀로이드 전구단백질 (amyloid precursor protein, APP)을 합성할 수 있는 유전자를 실험용 쥐에 도입하고, 태어난 지 얼마 안 된 유전자조 작 쥐에 아밀로이드 펩타이드를 주입하여 면역반응을 유발시킨 다음 성장할 때까지 기다리며 계속 관찰한 결과 실험용 쥐는 아밀로이드 펩타이드에 특이성을 지닌 항체를 만들어내기 시작했으며, 이 쥐의 뇌에서는 노인성 치매 환자에서 볼 수 있는 플라크 가 전혀 형성되지 않은 것이다. 또한 이미 플라크가 생긴 쥐에 같은 방법으로 백신을 주입한 결과 플라크 형성이 중단되었음은 물 론 일부 감소되는 현상까지 나타났다는 내용이었다.
실험 동물과 인체의 반응이 일치하는 것은 아니므로 이 연구만으로 인류가 노인 성 치매에서 해방될 수 있다는 것은 아니지만 아직 정확한 질병발생 기전도 모르는 상태에서 치료의 희망이 보인다는 점은 분명한 사실이며, 새로 연 구된 치료법이 백신과 같은 원리를 이용했다는 점에서 백신이 병원체에만 적용되는 것이 아니라는 새로운 사실이 발견되었다고 해야 할 것이다.
또한 후천성 면역결핍증 백신 연구에도 서광이 비춰지고 있다. 인체 면역결핍 바 이러스는 변이를 일으키는 부위가 많으므로 백신 제조시 어느 부분을 표적으로 정할 것인지가 아주 어려웠으나, 과학자들은 인체 면역결핍 바이러 스 구조 중에서 안정된 구조를 가진 부분을 찾아내는데 성공했고, 이를 표적으로 한 백신 개발이 조만간 개발될 것이라는 희망 있는 결 과들이 보고되고 있으며, 인체의 유전자중에서 인체 면역결핍 바이러스의 침입을 막는데 결정적인 역할을 한다고 알려진 유전자를 찾아내어 이 유전자를 백신으로 개발하려는 연구도 서서히 결실을 거두고 있으므로 빠른 시일 내에 후천성 면역결핍증 백신이 등장할 것이라 는 기대를 하게 된다.
이외에도 당뇨병을 비롯하여 여러 가지 질병에 대한 백신 연구가 계속되고 있 고, 또 앞날에 희망을 가지게 하는 연구 결과들이 속속 보고되고 있다.
★ 면역치료와 암 백신 (cancer vaccine)
백신은 병원체에 대한 저항성을 강하게 하기 위하여 면역반응을 이용한 방법중 의 하나인데 최근에 와서 암과 같은 특정 질환에 대하여 효과를 지질 수 있는 연구들이 행해지고 있다.
암 백신에 대한 개념을 처음 고안했던 이는 콜리(William B. Coley)라는 미국인 이었다. 콜리는 1890년대에 급성 세균성 감염이 발생한 암 환자에서 종양의 크기가 줄어든다는 사실을 발견하였다. 콜리는 연구를 계속하여 살아 있는 세균을 암 환자에게 주입한 결과 환자가 회복되는 것을 볼 수 있었고, 자신이 고안한 몇 가지 세균을 혼합하여 넣어주 는 방법으로 암 환자들을 치료할 수 있는 안전하고도 효과적인 방법을 고안하였다. 그러나 그의 방법은 명확한 기전을 설명할 수 없 었으므로 널리 알려지지 못한 채 잊혀져 갔다.
그의 딸(Helen Coley Nauts)은 아버지의 발견이 과학적인 뒷받침을 필요로 하는 가능성 있는 발견이라는 확신을 가지고 아버지의 유품에 담겨진 연구기록들을 검토하기 시작하였다. 그리고 1953년, 후원자들의 도움을 받 아 암의 면역치료법을 정립하기 위한 연구소(Cancer Research Institute, CRI)를 설립하였고, CRI는 면역반응을 이용한 암 연구의 개척자적인 역할을 하게 되었다.
암 치료를 위해 면역요법을 연구했던 학자들의 첫 목표는 인체 내에서 T세포의 면역 능력을 향상시켜 암에 대한 저항력을 극대화하는 것이었다. 이를 위해 이 기능을 향상시킬 수 있는 물질을 외부에서 투여해주는 방법 등을 사용해 왔으나 최근에는 비특이적 면역을 향상시키는 것 외에 특정 질환에 대한 특이 면역을 향상시키는 방법도 시도되고 있다. 즉 암의 경 우 종류에 따라 암과 관련된 항원(tumor-associated antigen)을 분비하므로 혈액 속에서 이를 검출할 수 있는데 이 항원에 대한 항체를 주입해 주는 방 법이다.
암에 대한 면역치료가 발전하면서 최근에는 암백신이라는 개념이 정립되어 암이 발생하기 전에 미리 백신과 같은 원리로 제조한 특정 물질을 주입시켜 주어 암발생을 억제하는 방법이 고안되고 있다. 예를 들면 캘리포니아 주립대학 의 안디노 연구팀은 지난 1998년 PNAS(Proceedings of the National Academy of Science)에 소아마비 바이러스를 조작하여 암이나 후천성 면역결핍증을 비롯한 여러 가지 질병에 대한 백신을 만들 수 있는 가능성을 보여 주 는 결과를 발표하였다. 이들이 사용한 재조합 소아마비 바이러스 백신은 항체에 의한 특이적 면역반응 뿐 아니라 면역세포에 의 한 비특이 면역반응까지 동시에 유도할 수 있으므로 면역 효과가 크다는 장점을 지니고 있다.
현재 암백신 연구의 표적은 면역체계에 관련된 세포의 기능을 활성화하는 방법으 로서 T세포 기능을 활성화하는 기전, B세포 기능을 활성화하는 기전, 신경세포인 수상돌기 세포(dendritic cell)의 기능을 활성화하는 기전 등이 연구 되고 있으며, 여러 연구자와 벤처회사들이 암백신의 상용화를 통한 암으로부터의 해방을 외치며 암백신 연구에 적극 뛰어들고 있다.
지금까지 보도된 바에 의하면 이제 동물실험이 끝난 단계이거나 수술 후 재발방 지를 위한 제한적인 목적으로 인체에 투여되는 경우가 있을 뿐이지만 앞으로 암백신에 대한 연구가 더 활성화되어 많은 결과를 얻을 수 있게 된다면 30 년 전에는 전혀 생각지도 못했던 방법으로 암을 해결할 수 있는 방법이 생겨날 지도 모를 일이다.
★ DNA 백신
분자생물학의 발전에 의해 DNA로부터 전해진 유전정보에 의해 단백질이 합성된다 는 사실이 알려지고, 단백질 합성 능력을 지닌 운반체(벡터, vector)에 대한 연구가 진행되면서 최근에는 DNA만을 백신으로 사용하려는 연구가 행 해지게 되었다. 제너의 종두법 이후 지금까지 200년이 넘는 기간동안 백신 제조방법이 개선되어 왔으나, 이제는 병원체를 이용하여 백신을 제조하는 대신 유전정보를 가진 DNA만을 인체에 주입한 후 이 DNA로부터 면역기능을 가진 단백질이 만들어져서 인 체를 보호한다는 생각이었다.
유전자(gene) 백신, 또는 핵산(nucleic acid) 백신이라고도 하는 DNA 백신은 동 물을 대상으로 한 실험에서 근육에 주사한 DNA가 숙주세포 속으로 들어가서 단백질을 합성한다는 결과를 보여 주고 있다. 이렇게 생산 된 단백질은 지속적으로 숙주에서 면역반응을 자극시킬 수 있으며, 따라서 백신과 같은 효과를 보이게 되므로 DNA 백신은 새로운 개 념의 백신으로 각광을 받게 되었다.
DNA 백신의 최대 장점은 안전하다는 것이다. DNA는 항원 역할을 하지 못하여 인 체의 면역체계에 감지되지 않으므로 기존의 백신보다 훨씬 안전하게 사용될 수 있고, 제조하기 쉽다는 점도 큰 매력의 하나다. DNA는 아주 안 정된 물질로 온도의 변화에 큰 영향을 받지 않으므로 백신 운반 및 보관체계에 헛점이 발견되었다는 식의 보도는 사라지게 될 것이다. DNA 백신은 저장, 운반, 보관이 용이하므로 유지비가 절감될 수 있고, 생산비도 조금밖에 요구되 지 않는다. 그러나 아직 DNA 백신이 일반화되지 못하고 있는 것은 DNA가 동물세포 내에서 발현되는 기전이 아직 명확히 밝혀지 지 않았기 때문이다. 실험 결과 좋은 결과를 얻었다 하더라도 인체에 적용시키기 위해서는 더 많은 연구가 이루어져야 하고, 특히 안전성에 대한 연구가 더 강화되어야 한다.
DNA 백신의 상용화에는 아직 많은 난관이 있는 것이 사실이지만 최근의 학문발전 상과 짧은 연구기간을 감안한다면 앞으로 DNA 백신은 인류의 건강증진을 위해 계속 연구되고 발전되어야 할 가능성과 기대를 한 몸에 받고 있다.
★ 미래의 백신
질병에 걸렸을 때 지출되는 비용과 시간, 그리고 환자와 의료진의 노력을 감안 해 볼 때, 그리고 인류에게 미치는 직간접 영향을 계산해 볼 때 질병은 치료하는 것보다 예방하는 것이 훨씬 더 바람직하다. 백신은 질병을 예방한다 는 점에서 질병으로 고통받는 이들에게 무엇보다 큰 매력이었고, 실제로 제너의 종두법과 빠스뙤르의 백신 연구 이후 각종 전염성 질환에 대한 백신 연구가 활발하게 뒤를 이었다.
인류에 의해 지구상에서 사라진 최초의 질병 두창도 백신에 의한 것이며, 최초 로 백신이 사용된 지 200년 이상 지난 지금도 백신 연구는 전세계에서 계속되고 있다. 20세기 후반부터 시도된 전염성 질병 외의 다른 질병에 대 한 백신 연구는 이제 서서히 노력에 대한 대가를 거둘 시점이 되어 암, 당뇨병, 치매 등 각종 질환에 대하여 백신을 응용한 신 개념의 백신에 의해 해결될 수 있을 것이라는 기대가 일어나고 있는 상태이다.
그러므로 21세기에도 백신 연구는 계속될 것이고, 또 그래야 한다. 최근 비약적 으로 발전하고 있는 인간 유전자 연구는 앞으로 특정인이 특정 질병에 걸릴 가능성을 계산할 수 있게 할 것이며, 각 질 병과 유전자와의 연구가 이루어지면 특정 유전자에 대해 특이하게 작용하는 백신을 개발하는 것이 가능해질 것이다. 학문의 발전은 암 백신이나 DNA 백신과 같이 불과 수십년 전만 해도 전혀 예상하지 못했던 방향으로 발전되어 갈 수 있으므로 질병을 예방하려는 인 류의 노력이 계속된다면 21세기에는 현재의 백신이 개선될 것임은 물론 새로운 개념의 백신들이 계속 개발되어 인류를 질병의 공포에 서 해방시켜 줄 것으로 기대된다.
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