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기술동향

코로나19 변이 바이러스가 백신과 면역체계에 미치는 영향

  • 등록일2021-02-18
  • 조회수6306
  • 분류기술동향 > 기타 > 기타
  • 자료발간일
    2021-02-18
  • 출처
    생명공학정책연구센터
  • 원문링크
    http://
  • 키워드
    #코로나19#변이 바이러스
  • 첨부파일
    • hwp 20210204_BioIN_코로나19 모니터링_변이 바이러스가 백신 면역체... (다운로드 419회) 다운로드 바로보기

 

코로나19 변이 바이러스가 백신과 면역체계에 미치는 영향
 
 
 ※ BRIC(‘20.01.11) https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=326373
    IBS(‘20.01.15) https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000001003/selectBoardArticle.do?nttId=
                19578&pageIndex=1&searchCnd=&searchWrd=3
    서울경제(‘20.01.21) https://www.sedaily.com/NewsView/22HCANKEFS 등
 
< 영국·남아공·브라질발 ‘코로나19 변이 바이러스’ 공통점/차이점 >
 
ㅇ (공통점) 영국·브라질발 변이 바이러스는 GR 계통군*, 남아공발 변이 바이러스는 GH 계통군으로 분류, 두 계통군 모두 스파이크 단백질의 614번째, 501번째 아미노산에 변이 
* WHO는 유전자 염기서열 차이로 인한 아미노산의 변화를 기준으로 코로나19 바이러스를 S, V, L, G, GH, GR, 기타 등 총 7개 유형으로 분류, GR 계통은 D614G, G204R 아미노산을, GH 계통은 D614G, Q57H 아미노산 보유 그룹
- 인체세포 표면의 ACE2 수용체에 달라붙는 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질(S 단백질)을 이루는 1,273개 아미노산 중 614번째가 아스파틱산(D)에서 글리신(G)로 바뀜 ⇒ “D614G 변이”
※ 스파이크 단백질에 D614G 변이가 일어나면 ACE2 수용체에 더 단단히 달라붙어 감염률과 감염속도를 높여 ’20년 중·하반기 코로나19 대유행에 크게 영향
- D614G 변이 외에도 S 단백질 501번째 아미노산에 아스파라긴(N)이 티로신(Y)로 바뀌어 ACE2 수용체에 대한 친화성이 증가, 더 단단히 결합하게 됨 ⇒ “N501Y 변이”
 
<우려되는 코로나19 바이러스 주요 변이체>

계통(약칭)

속칭

시퀀스 수*(국가)

계통군

대표적인 공통 변이

B.1.1.7

(501Y.V1)

영국발

18,070건(40개국)

GR

D614G

N501Y

B.1.351

(501Y.V2)

남아공발

538건(13개국)

GH

B.1.1.28.1

(501Y.V3 또는P1)

브라질발

29건(3개국)

GR

ㅇ (차이점) 세 변이 바이러스의 공통적 변이 D614G, N501Y 외, 영국발 변이는 S 단백질 P681H 변이가, 남아공발 ·브라질발 변이는 S 단백질 E484K 변이 발생 
- 영국발 변이는 17개의 아미노산 변이 중 8개가 스파이크 단백질에서 발견, 특히 69·70번째 아미노산이 없는 이중결실과 이 단백질이 잘리는 부위 옆에서 발생한 P681H 변이가 스파이크 모양·구조 등에 영향을 미쳐 감염률·세포침투력을 높이는 것으로 추정
※ 최근 기도 상피세포에 ACE2 수용체가 많지 않은 어린이에게서 감염이 늘고 있는 현상에 대해 이런 변이가 영향을 미친 것으로 전문가들은 분석하기도 함
※ 영국발 변이 바이러스는 기존 코로나19 바이러스 전파속도 보다 최대 70% 빨라 감염재생산지수가 1.1에서 1.5로 증가했다고 발표(ECDC)
- 남아공발·브라질발 변이가 가지는 공통 분모인 E484K 변이는 코로나19 완치자 회복기 혈청 및 단일클론 항체와 반응시킨 실험에서 항체 중화 효능이 감소하는 것으로 나타나 우려
※ 남아공 국립전염병연구소의 연구결과, 코로나19 완치자 44명의 혈액 샘플을 남아공 변이 바이러스에 노출시킨 결과 절반은 항체 반응 감소, 절반은 완전히 무력화 확인
 
< ‘코로나19 변이 바이러스’가 백신과 면역체계에 미치는 영향은? >
ㅇ 바이러스의 변이는 자연스러운 현상이나, 변이의 누적이나 일부 돌연변이 조합이 바이러스 생존에 유리한 성질을 발현시켜 세포 침투력을 높이거나 숙주 면역반응 회피 기능을 갖추게 될 가능성 존재
- 변이체 특성에 따른 전파력의 과학적 추측이 가능하나 그 외 국가별 특수한 사회적 요인이나 계절적 요인, 방역체계와 같은 대응방식 등 외부적 영향이 반영된 결과인지 불명확 
- 코로나19 바이러스의 경우, 스파이크 단백질 부위의 변이들이 누적되어 스파이크 모양·구조가 달라질수록 백신 접종으로 유도된 사람의 항체나 항체치료제가 스파이크에 단단히 붙지 못해 중화 효능의 감소 우려

ㅇ 현재 개발된 백신은 면역계가 스파이크 단백질을 인식하고 차단할 수 있는 항체를 만들도록 설계되어 스파이크가 변형되면 백신 기전에 영향을 줄 수 있으나, 인체 내 면역을 회피할 만큼 변했다는 증거는 불분명
- 화이자, 모더나에서는 자사의 mRNA 코로나19 백신이 영국발·남아공발 변이 바이러스에 대해 동일한 반응을 관찰했다는 실험실 연구결과 발표
※ 화이자 연구팀은 20명의 참가자가 생성한 항체의 중화능력은 ‘N501Y’를 보유, 보유하지 않은 바이러스 모두에서 차이가 없다고 보고
- 그러나 E484K 변이에 대해서는 일부 면역반응을 회피할 수도 있을 것이라는 전문가 견해를 제기되고 있으며, 실제 개발 중인 코로나19 백신의 임상적 효능도 남아공발 변이에서는 감소하는 추세 
※ 노바백스 개발 백신은 영국 임상시험 결과 89.3%의 예방효과를 나타내며 영국발 변이에도 85.6% 효과를 보였으나 남아공발 변이에는 60%로 감소 결과 발표, 존슨앤존슨 개발 백신도 임상 평균 효능이 66%이나, 남아공발 변이에는 효능이 57%로 감소
※ 이미 일부 국가에서 접종을 시작한 화이자, 모더나 백신도 남아공발 변이에 대해서 중화능은 있지만 효능은 감소하는 것으로 분석되어, 변이주에 대항하는 새 백신 후보를 개발(용량 조절, 변경 mRNA 등)해 올 봄 임상시험에 들어갈 계획
 
ㅇ 일부 과학자들은 현재 개발된 코로나19 백신은 많은 양의 중화항체를 생성해 변이에 대한 효능이 다소 감소하더라도 크게 문제되지 않을 것이며 표적 항체 기능 외 후천면역 활성화 등 다른 효능에는 영향 없다는 의견
- 단일 스파이크 항원에 대해서 유도될 수 있는 항체는 수백 종류가 넘으며 백신 접종 시 인체 내에서는 다양한 방식으로 결합하는 다양한 항체 생성
※ 단일 항원에도 다양한 항원결정기(epitope)가 존재해 다양한 종류의 ‘다클론성 항체(polyclonal antibody)’가 생성, D614G, N501Y와 같은 점 돌연변이가 몇 개 발생해도 백신 효능에 크게 영향을 미칠 가능성은 적을 것
 
<다양한 항원결정기에 대한 특이적 다클론성 항체 생성 모식도>

기초과학연구원.png


- 또한 바이러스 변이가 백신이 촉발하는 T세포 등의 다른 면역반응에는 영향을 주지 않으므로 백신을 통한 면역 확보와 치명적인 중증질환을 예방하는 것에는 영향을 받지 않을 것이라고 예측
- 다른 백신 플랫폼 대비 RNA/DNA 기반 백신은 돌연변이에 빠르게 대응하여 맞춤형으로 염기서열을 바꾸면 되므로 업데이트가 쉽다는 장점 존재

 

 


 

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