바이러스 벡터 백신
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1. 개요
바이러스 벡터 백신은 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 바이러스를 활용하는 백신으로, 1972년 최초의 바이러스 벡터가 개발된 이후 다양한 바이러스를 기반으로 연구되어 왔다. 에볼라와 코로나19 등 감염병 예방에 사용되었으며, 아데노바이러스, 바키니아 바이러스, 베시큘라 구내염 바이러스 등이 바이러스 벡터로 활용된다. 바이러스 벡터 백신은 면역원성이 높고 대량 생산이 가능하다는 장점이 있으나, 아데노바이러스 백신의 경우 혈전증과 같은 안전성 문제가 보고되기도 한다. 근육 주사가 일반적인 투여 경로이나, 비강 내 투여 등 다양한 경로를 통해 접종할 수 있다.
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바이러스 벡터 백신 | |
---|---|
개요 | |
유형 | 백신 |
하위 유형 | 유전자 백신 |
상세 정보 | |
작용 메커니즘 | 바이러스 벡터는 체내에서 무해한 바이러스를 사용하여 표적 항원에 대한 유전 물질을 세포로 전달하며, 이는 면역 반응을 유도한다. |
벡터 유형 | 아데노바이러스 렌티바이러스 폭스바이러스 수포성 구내염 바이러스 (VSV) 홍역 바이러스 |
장점 | 강력한 세포성 면역 유도 신속한 개발 가능 대량 생산 용이 |
단점 | 사전 면역으로 인한 효능 저하 가능성 특정 벡터에 대한 면역원성 문제 제조 과정의 복잡성 |
예시 | |
승인된 백신 | 얀센 코로나19 백신 (아데노바이러스 벡터 기반) 옥스퍼드-아스트라제네카 코로나19 백신 (아데노바이러스 벡터 기반) 스푸트니크 V (아데노바이러스 벡터 기반) |
연구 중인 백신 | 다양한 감염병 및 암에 대한 백신 개발에 활용 |
추가 정보 | |
관련 용어 | DNA 백신, RNA 백신, 단백질 백신 |
참고 자료 | 미국 질병통제예방센터: 바이러스 벡터 COVID-19 백신에 대한 이해 및 설명 학술 자료: 새로운 바이러스 벡터 (감염병 및 암) |
2. 역사
바이러스 벡터 기술을 사용한 두 종류의 에볼라 백신이 서아프리카(2013~2016)와 Kivu Ebola epidemic|콩고 민주 공화국 에볼라 유행|label=콩고 민주 공화국(2018~2020)영어에서 발생한 에볼라 유행에 대처하는 데 사용되었다.[17] rVSV-ZEBOV 백신은 2019년 11월 유럽 연합에서,[10] 2019년 12월 미국에서 의료용으로 승인되었다.[11][12] Zabdeno/Mvabea는 2020년 7월 유럽 연합에서 의료용으로 승인되었다.[41][13][14]
2. 1. 바이러스 벡터의 등장
바이러스 벡터는 분자 생물학에서 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 일반적으로 사용하는 도구이다. 1972년에 SV40 바이러스의 유전자 조작을 통해 최초의 바이러스 벡터가 도입되었다.[3][4] 재조합 바이러스 벡터는 B형 간염 표면 항원 유전자가 우두 바이러스에 삽입되면서 처음 사용되었다.[5][6] 이후, 아데노바이러스, 아데노 부속 바이러스, 레트로바이러스, 거대세포바이러스, 센다이 바이러스, 렌티바이러스를 포함한 다른 바이러스들이 백신 벡터로 설계되었다.[7] 우두 바이러스와 아데노바이러스는 강력한 면역 반응을 유도하기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 바이러스 벡터이다.[8][7]1984년 우두 바이러스가 백신 벡터로 만들어진 이후 여러 바이러스를 백신 계획에 통합하는 연구가 진행되었다.[9] 코로나19를 유발하는 SARS-CoV-2를 표적으로 하는 백신 전에, 지카 바이러스, 인플루엔자 바이러스, 호흡기 세포융합 바이러스, HIV, 말라리아를 포함한 여러 감염성 질환에 대한 바이러스 벡터 백신에 대한 임상 시험이 수행되었다.[1][17]
2. 2. 바이러스 벡터 백신 개발
분자 생물학에서 바이러스 벡터는 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 일반적으로 사용하는 도구이다. 1972년에 SV40 바이러스의 유전자 조작을 통해 최초의 바이러스 벡터가 도입되었다.[3][4] 재조합 바이러스 벡터는 B형 간염 표면 항원 유전자가 우두 바이러스에 삽입되면서 처음 사용되었다.[5][6] 이후, 아데노바이러스, 아데노 부속 바이러스, 레트로바이러스, 거대세포바이러스, 센다이 바이러스, 렌티바이러스를 포함한 다른 바이러스들이 백신 벡터로 설계되었다.[7] 우두 바이러스와 아데노바이러스는 강력한 면역 반응을 유도하기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 바이러스 벡터이다.[8][7]1984년 우두 바이러스가 백신 벡터로 만들어진 이후 여러 바이러스를 백신 계획에 통합하는 연구가 진행되었다.[9] 코로나19를 유발하는 SARS-CoV-2를 표적으로 하는 백신 이전에, 지카 바이러스, 인플루엔자 바이러스, 호흡기 세포융합 바이러스, HIV, 말라리아를 포함한 여러 감염성 질환에 대한 바이러스 벡터 백신 임상 시험이 수행되었다.[1][17]
바이러스 벡터 기술을 사용한 두 개의 에볼라 백신이 서아프리카(2013–2016)와 콩고 민주 공화국(2018–2020)에서 발생한 에볼라 유행에 대처하는 데 사용되었다.[17] rVSV-ZEBOV 백신은 2019년 11월 유럽 연합에서,[10] 2019년 12월 미국에서 의료용으로 승인되었다.[11][12] Zabdeno/Mvabea는 2020년 7월 유럽 연합에서 의료용으로 승인되었다.[41][13][14]
바이러스 벡터 백신은 세포 내에서 항원 발현을 가능하게 하고, 세포 독성 T 세포 반응을 유도하는 반면, 서브유닛 백신은 체액성 면역만을 제공한다.[7][15] 특정 단백질을 코딩하는 핵산을 세포로 전달하기 위해, 백신은 바이러스 변종을 벡터로 사용한다. 이 과정은 질병에 대한 면역을 생성하는 데 도움이 되며, 이는 사람들이 감염되는 것을 막는 데 기여한다. 바이러스 벡터 백신은 벡터로 사용되는 바이러스나 항원의 원인으로 감염을 일으키지 않는다.[16] 전달되는 유전 물질은 사람의 게놈에 통합되지 않는다.[17]
대부분의 바이러스 벡터는 필요한 유전자가 없어 복제할 수 없다.[7] 의료용으로 널리 사용되고 승인받기 위해서는 바이러스 벡터 백신의 개발에 높은 생물학적 안전 수준이 요구된다. 결과적으로, 비병원성 또는 저병원성 바이러스가 종종 선택된다.[18]
2. 3. 에볼라 백신 개발
바이러스 벡터 기술을 사용한 두 종류의 에볼라 백신이 서아프리카(2013–2016)와 콩고 민주 공화국(2018–2020)에서 발생한 에볼라 유행에 대처하는 데 사용되었다.[17] rVSV-ZEBOV 백신은 2019년 11월 유럽 연합에서,[10] 2019년 12월 미국에서 의료용으로 승인되었다.[11][12] Zabdeno/Mvabea는 2020년 7월 유럽 연합에서 의료용으로 승인되었다.[41][13][14] Zabdeno/Mvabea 에볼라 백신의 초회 투여분인 Zabdeno는 에볼라 바이러스 Mayinga 변종의 당단백질을 발현하는 인간 아데노바이러스 혈청형 26형에서 유래한다.[59] 두 용량 모두 비복제 벡터이며, 여러 에볼라 바이러스 단백질의 유전 코드를 가지고 있다.[60]2. 4. 코로나19 백신 개발
코로나19(COVID-19) 백신 개발에는 바이러스 벡터 기술이 사용되었다. 영국 아스트라제네카와 옥스퍼드대학교가 공동 개발한 백신은 아데노바이러스 제5형을, 얀센제약(존슨앤존슨)이 개발한 백신은 아데노바이러스 제26형(Ad26)을 벡터로 사용한다.2021년 4월 현재, 최소 1개 국가에서 승인된 COVID-19용 아데노바이러스 벡터 백신은 4종류이다.
- 옥스퍼드-아스트라제네카 백신: 변형된 침팬지 아데노바이러스 ChAdOx1을 사용한다.[61][62]
- 스푸트니크 V: 첫 번째 투여에는 인간 아데노바이러스 혈청형 26형을, 두 번째 투여에는 혈청형 5형을 사용한다.[63][64]
- 얀센 백신: 혈청형 26형을 사용한다.[65][66][67]
- 콤비디시아: 혈청형 5형을 사용한다.[68][69]
COVID-19 백신 개발 이전에도 지카 바이러스, 인플루엔자 바이러스, RS 바이러스 (호흡기세포융합 바이러스), HIV, 말라리아 등 다양한 감염병에 대한 바이러스 벡터 백신 임상 시험이 진행되었다.[57]
3. 바이러스 벡터 백신의 작용 기전
바이러스 벡터는 분자 생물학에서 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 일반적으로 사용하는 도구이다. 바이러스 벡터 백신은 세포 내에서 항원 발현을 가능하게 하고 세포 독성 T 세포 반응을 유도하지만, 서브유닛 백신은 체액성 면역만을 유도한다.[7][15] 백신은 특정 단백질을 코딩하는 핵산을 세포로 전달하기 위해 바이러스 변종을 벡터로 사용한다. 이 과정은 질병에 대한 면역을 생성하여 사람들이 감염되는 것을 막는 데 기여한다. 바이러스 벡터 백신은 벡터로 사용되는 바이러스나 항원으로 인해 감염을 일으키지 않으며,[16] 전달되는 유전 물질은 사람의 게놈에 통합되지 않는다.[17]
대부분의 바이러스 벡터는 필요한 유전자가 없어 복제할 수 없다.[7] 의료용으로 널리 사용되고 승인받기 위해서는 바이러스 벡터 백신 개발에 높은 생물학적 안전 수준이 요구된다. 따라서 비병원성 또는 저병원성 바이러스가 주로 선택된다.[18]
3. 1. 바이러스 벡터 백신의 장점
바이러스 벡터 백신은 면역원성, 면역원성 안정성 및 안전성 측면에서 다른 형태의 백신보다 장점을 가진다.[16][7] 면역원성의 구체적인 특성으로는 고효율 유전자 전달, 표적 세포에 대한 고도로 특이적인 유전자 전달, 강력한 면역 반응 유도 능력이 있다.[18] 면역원성은 선천 면역 경로를 자극하는 고유 벡터 모티프를 통해 더욱 강화되어 보조제가 불필요하다.[19][20][21][5] 복제 벡터는 자연 감염을 모방하여 사이토카인과 공동 자극 분자의 방출을 자극, 강력한 보조 효과를 낸다.[22] 선천 면역 경로의 유도는 하위 경로와 적응 면역 반응을 자극하는 데 중요하다.[5]또한, 바이러스 벡터는 비교적 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능하여 저소득 국가에서도 사용할 수 있다.[23]
4. 바이러스 벡터의 종류
바이러스 벡터는 분자 생물학에서 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 일반적으로 사용되는 도구이다. 백신 벡터로 연구되고 있는 바이러스에는 폭스바이러스, 아데노 부속 바이러스, 레트로바이러스, Lentivirus|렌티바이러스영어, 거대세포바이러스, 센다이 바이러스, 인플루엔자 바이러스, 홍역 바이러스 등이 있다.[75][57]
rVSV-ZEBOV vaccine|rVSV-ZEBOV 백신영어은 Ebola vaccine|에볼라 백신영어의 일종으로, 천연의 Indiana vesiculovirus|수포성 구내염 바이러스영어(VSV) 엔벨로프 당단백질 유전자를 키쿠위트 1995 자이르주 에볼라 바이러스 유전자로 대체하여 유전자 조작한, 복제 능력을 가진 재조합 백신이다.[70][71][72][73][74]
Zabdeno/Mvabea Ebola vaccine|자브데노/Mvabea 에볼라 백신영어 2차 접종에 사용되는 Mvabea는 Modified vaccinia Ankara|변형 백시니아 앙카라영어(MVA) 벡터이다.[59] 자브데노와 Mvabea는 모두 비복제 벡터로, 여러 에볼라 바이러스 단백질의 유전 코드를 가지고 있다.[60]
4. 1. 아데노바이러스 벡터
아데노바이러스 벡터는 형질도입 효율이 높고, 형질전환 유전자 발현이 잘 되며, 넓은 바이러스 트로피즘을 가진다는 장점이 있다. 또한 분열하는 세포와 분열하지 않는 세포 모두를 감염시킬 수 있다. 하지만 많은 사람들이 이전에 아데노바이러스에 노출되어 이미 면역력을 가지고 있다는 단점이 있다.[7][24][25][26] 미국의 Ad5 혈청 유병률은 40%–45%에 달한다.[27] 대부분의 아데노바이러스 벡터는 E1A 및 E1B 바이러스 유전자 영역이 삭제되어 복제 결함이 있다. 현재 백신 과학자들은 아데노바이러스 특이적 중화 항체의 영향을 극복하기 위해 대체 아데노바이러스 혈청형 설계, 면역화 경로 다양화, 프라임-부스트 절차 사용 등 다양한 전략을 연구하고 있다.[28][24][29] 인간 아데노바이러스 혈청형 5는 높은 역가로 쉽게 생산할 수 있기 때문에 자주 사용된다.[7]2021년 4월 현재, COVID-19에 대한 4개의 아데노바이러스 벡터 백신이 최소 한 국가에서 승인되었다.
- 옥스퍼드-아스트라제네카 백신은 변형된 침팬지 아데노바이러스 ChAdOx1을 사용한다.[30][31][32]
- 스푸트니크 V는 첫 번째 접종에 인간 아데노바이러스 혈청형 26을 사용하고, 두 번째 접종에 혈청형 5를 사용한다.[33][34]
- 얀센 백신은 혈청형 26을 사용한다.[35][36][37]
- 콘비데시아는 혈청형 5를 사용한다.[38][39]
자브데노/Mvabea 에볼라 백신의 첫 번째 접종인 자브데노는 인간 아데노바이러스 혈청형 26에서 파생되었으며, 에볼라 바이러스 마잉가 변종의 당단백질을 발현한다.[40] 두 번의 접종 모두 복제되지 않는 벡터이며, 여러 에볼라 바이러스 단백질의 유전 코드를 전달한다.[41]
4. 1. 1. 아데노바이러스 벡터 백신의 안전성 문제
아데노바이러스 벡터는 형질도입 효율이 높고, 형질전환 유전자 발현이 잘 되며, 넓은 바이러스 트로피즘을 가진다는 장점이 있다. 또한 분열하는 세포와 분열하지 않는 세포 모두를 감염시킬 수 있다. 하지만 많은 사람들이 이전에 아데노바이러스에 노출되어 이미 면역력을 가지고 있다는 단점이 있다.[7][24][25][26] 미국의 Ad5 혈청 유병률은 40%–45%에 달한다.[27] 대부분의 아데노바이러스 벡터는 E1A 및 E1B 바이러스 유전자 영역이 삭제되어 복제 결함이 있다. 현재 백신 과학자들은 아데노바이러스 특이적 중화 항체의 영향을 극복하기 위해 대체 아데노바이러스 혈청형 설계, 면역화 경로 다양화, 프라임-부스트 절차 사용 등 다양한 전략을 연구하고 있다.[28][24][29]아데노바이러스 백신이 널리 사용되면서 Ad26.COV2.S와 ChadOx1-nCoV-19 두 종류의 백신이 드물게 발생하는 혈액 응고 장애인 혈소판 감소성 혈전증 증후군(TTS)과 연관되어 있다는 사실이 밝혀졌다.[5]
4. 2. 우두 바이러스 벡터
바이러스 벡터는 분자 생물학에서 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 일반적으로 사용하는 도구이다. 1972년에 SV40 바이러스의 유전자 조작을 통해 최초의 바이러스 벡터가 도입되었다.[3][4] 재조합 바이러스 벡터는 B형 간염 표면 항원 유전자가 우두 바이러스에 삽입되면서 처음 사용되었다.[5][6] 이후, 아데노바이러스, 아데노 부속 바이러스, 레트로바이러스, 거대세포바이러스, 센다이 바이러스, 렌티바이러스를 포함한 다른 바이러스들이 백신 벡터로 설계되었다.[7] 우두 바이러스와 아데노바이러스는 강력한 면역 반응을 유도하기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 바이러스 벡터이다.[8][7]1984년 우두 바이러스가 백신 벡터로 만들어진 이후 여러 바이러스를 백신 계획에 통합하는 연구가 진행되었다.[9] 바키니아 바이러스는 폭스바이러스과에 속하며, 크고 복잡하며 외피가 있는 바이러스로 과거 천연두 백신에 사용되었다.[7] 바키니아 바이러스는 크기가 커서 외래 유전자 삽입 가능성이 높다.[7] 여러 바키니아 바이러스 균주가 개발되었으며, 여기에는 복제 가능한 균주와 복제 불가능한 균주가 포함된다.[7]
rVSV-ZEBOV vaccine|rVSV-ZEBOV 백신영어은 Ebola vaccine|에볼라 백신영어의 일종으로, 천연의 Indiana vesiculovirus|수포성 구내염 바이러스영어(VSV) 엔벨로프 당단백질 유전자를 키쿠위트 1995 자이르주 에볼라 바이러스 유전자로 대체하여 유전자 조작한, 복제 능력을 가진 재조합 백신이다.[70][71][72][73][74]
4. 2. 1. 변형된 바키니아 앙카라(MVA)
변형된 바키니아 앙카라(MVA)는 천연두 백신에 안전하게 사용되어 온 복제 불능 균주이다.[7] 유럽 위원회가 승인한 에볼라 바이러스 백신 요법은 얀센 제약회사(Janssen Pharmaceutials)와 바바리안 노르딕(Bavarian Nordic)이 개발했으며, Mvabea (MVA-BN-Filo)의 두 번째 백신 접종에 MVA 기술을 사용한다.[41][42]4. 3. 베시큘라 구내염 바이러스(VSV) 벡터
베시큘라 구내염 바이러스(VSV)는 1990년대 후반에 백신 벡터로 도입되었다.[43] 대부분의 VSV 백신 벡터에서 약독화는 병원성에 대한 안전성을 제공한다.[44] VSV는 RNA 바이러스이며, 라브도바이러스과에 속한다.[43] VSV 유전자는 뉴클레오캡시드, 포스포단백질, 매트릭스, 당단백질 및 RNA 의존성 RNA 중합효소 단백질을 암호화한다.[43]rVSV-ZEBOV 백신(Ervebo)은 2019년 FDA에 의해 의료용 예방 에볼라 백신으로 승인되었다.[1][45] 이 백신은 유전자 조작된 베시큘라 구내염 바이러스로 구성된 재조합 DNA, 복제 가능한 백신이다.[46][47] 자연적인 VSV 외피 당단백질에 대한 유전자는 키키위트 1995 자이르 균주 자이르 에볼라바이러스의 유전자로 대체되었다.[48][49][50]
4. 4. 기타 바이러스 벡터
분자 생물학에서 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 일반적으로 사용하는 도구인 바이러스 벡터를 활용한 백신에는 폭스바이러스, 아데노 부속 바이러스, 레트로바이러스, 거대세포바이러스, 센다이 바이러스, 인플루엔자 바이러스, 홍역 바이러스 등이 있으며, 백신 벡터로 연구되고 있다.[75][57]5. 바이러스 벡터 백신의 투여 경로
근육 주사는 백신 투여에 일반적으로 사용되는 경로이다.[4] 바이러스 벡터 백신의 예방 접종을 위한 대체 경로 도입은 투여 부위에서 점막 면역학을 유도하여 호흡기 또는 위장관 감염을 제한할 수 있다.[51][52] 또한, 이러한 다양한 경로가 이러한 백신의 사용을 제한하는 특정 중화 항체의 효과를 극복하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 연구가 진행되고 있다.[24] 이러한 경로에는 비강 내 투여[53][54], 경구 투여, 피내 투여, 에어로졸 백신 접종이 있다.[55][56]
6. 세포분획과 바이러스 벡터
바이러스 벡터는 분자 생물학에서 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 일반적으로 사용하는 도구이다. 한편 세포분획이나 유전자 조작은 바이러스 벡터 백신뿐만 아니라 단백질백신이나 핵산 백신에서도 매우 주요한 기초 기술이다.
7. 참고 문헌
Current Opinion in Immunology영어 2016년 8월호에 Ewer KJ, Lambe T, Rollier CS, Spencer AJ, Hill AV, Dorrell L가 쓴 〈바이러스 벡터를 백신 플랫폼으로: 면역원성에서 영향까지〉가 47-54쪽에 실렸다.[1]
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