Ⅰ. 들어가는 말

  국가 위기 초래 전염병에 대한 백신의 경우 수요와 상업성이 항상 존재하는 것은 아니며, 제약회사들에 의해 자발적으로 개발되기를 기대하는 것도 쉽지 않다. 더불어 비축된 백신의 보관과 유효성 유지가 항상 국가 예산상의 부담으로 작용하고 있다.
상업성은 낮으나 공공적인 보건정책 상의 용도가 뚜렷한 생물테러 대응 백신은 사용 시점의 긴급성과 전염의 확산을 방지할 수 있는 대규모 가상 수요량 때문에 상황 발생 후 신속하게 생산하기 어려워 국가 차원의 비축량 유지가 테러대응 정책의 핵심적인 부분이 될 수 있다. 생물테러에 사용 가능성이 높은 병원체의 경우, 실제 사회에서 유행하는 감염병이 아니라서 자연 발생적인 변이가 많지 않다. 따라서 반복되는 유행주의 변이로 백신 효능의 감소를 보이는 다른 유행성 감염병에 비해 백신 개발과 생산 및 비축에 있어서 제형의 다양성보다 생산된 백신의 보관과 유효성 유지가 더 큰 문제가 된다.

실제로 국내에서 개발되었거나 개발 중인 생물테러 혹은 국가위기 초래가능 감염병 백신은 발생했을 때 위험성을 고려하여 개발과 비축이 중요시 됨에도 불구하고 당장 사용될만한 상황이 발생하지 않을 경우 비축된 막대한 양의 백신이 유효기간이 지나면 폐기하고 재생산하여야 하는 과정을 반복할 수밖에 없다. 그래서 감염병 백신의 필요성과 무용성, 수요 예측과 상시 대비라는 갈등적인 요소를 모두 내포한 위기 대응 정책 수립 및 효율적인 백신 개발에 어려움이 있다. 백신의 안정성 증가를 위해서는 단순히 저장 가능 기간을 늘리는 것과 더불어 백신 운반 및 보관상에 발생 할 수있는 비적합한 백신 저장 조건의 노출 시에도 안정성을 유지하는 기술이 필요한 실정이다.
본 글에서는 이러한 백신의 보관상의 어려움을 극복하기 위해 백신의 안정성을 증가시킴으로써 백신의 유효기간을 늘리고 또한 안정성을 증가시킬 수 있는 저장 기술을 소개하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말

  백신은 온도, 직사광선 또는 형광빛에 의해 효능의 감소 및 파괴가 쉬운 매우 민감한 생물학적 생산품이다. 백신을 저장하는 방법에는 생백신, 사백신, 분말백신의 종류에 따라 냉동 보관, 냉장 보관, 또는 동결건조를 하여 보관하는 것이 가능하다. 보통 백신은 온도에 민감하기 때문에 2°C에서 8°C 사이에 보관해야 하며, 생산에서부터 보급을 하는 동안 장기간의 저온저장을 유지해야한다(Figure 1). 백신을 저장하는 데에 있어 온도의 상승은 백신 항원의 불활성화를 야기할 수 있는반면 낮아진 온도는 항원의 변성을 야기하는 아이스의 형성과 용질의 농축을 가져올 수 있기 때문에 고온뿐만 아니라 저온의 좁은 범위내에 보관해야 하는 어려움이 있다[1,2]. 특히 동결건조를 하여 분말의 형태로 보관하는 백신의 경우 분말로 제작할 시 분량이 커지는 단점이 있으며, 사용 시에 용매에 현탁해야 하는 추가 공정의 번거로움이 있다.

단백질은 열, 수분, pH, 전해질, 환원당, 가압, 건조, 동결, 계면장력, 광선, 유기용매 등의 환경 스트레스에 의해 변성되고 불용성 응집체가 되므로 단백질의 안정성 증가를 위해서는 환경 스트레스에 대한 내성 부여가 필요하다. 환경 스트레스에 대한 내성을 부여하는 방법으로 알파시누클린(α-synuclein)의 C-말단에 있는 15-22개의 아미노산 서열로 이루어진 안정화 펩타이드(Stabilizing peptide, SP)를 이용할 수 있다. SP는 단백질과 결합하여 단백질의 고유 성질을 유지하면서 환경 스트레스 내성과 더불어 융합 단백질의 수용성도 증가시키게 된다. SP가 부착된 융합단백질의 환경 스트레스에 대한 저항성을 시험한 결과, 단백질의 응집 현상이 그대로 유지되거나 여러 가지 물리·화학적 환경 변화에 저항성을 보이며, 또한 수용성이 증가되는 현상이 보고된 바 있다(Figure 2)[3].

질병관리본부 국립보건연구원은 생물테러대응 백신 중 하나인 탄저 재조합 백신의 개발과 생산을 비병원성 탄저균인 Bacillus anthracis Sterne strain의 protective antigen (PA) 유전자를 클로닝 벡터에 넣었고, PA 유전자를 포함하는 벡터를 탄저균과 유사한 Bacillus brevis 47-5Q에서 발현시켜서 PA 단백질을 분비하도록 하였다. 이 균주를 대량 배양하여 분비된 PA 단백질을 분리 정제한 단백질을 탄저백신으로 사용한 연구가 현재 진행 중에 있다[4].
탄저백신의 안정성을 증가시키는 기술을 이용하여 백신의 유효기간을 증대시키고, 이를 기반으로 장기비축이 가능한 백신 생산 기술을 개발하기 위해 이미 선행 연구 되어진 탄저 재조합백신 제형으로 유전자의 클로닝과 단백질 발현이 용이한 E.coli를 이용하여, SP 유전자가 삽입된 벡터에 PA 유전자의 양쪽 끝 또는 앞이나 뒤 한 쪽에 SP 유전자가 붙도록 재조합시킨다(Figure 3). PA-SP유전자가 삽입된 벡터를 E.coli에 삽입하여 배양하면서 생산되는 PA-SP 단백질을 분리 정제를 한다.

분리 정제된 각각 제형의 백신은 냉동/해동에 대한 단백질 스트레스를 측정하거나 저온과 실온, 고온 조건하에서 일정 기간 동안 보관한 후, 단백질의 안정화 정도를 비교 평가하는 과정을 거쳐 안정성이 우수한 제형을 선별하게 된다. 또한 산성과 염기성의 화학적 가혹 조건과 물리적 스트레스가 주어진 환경에서의 안정성 테스트를 거친 SP 부착 탄저재조합 백신은 동물 실험 모델을 통해서 백신의 유효성 평가를 하게 된다.
본 연구를 통해 생물테러대응용 백신과 같은 수요가 상시 발생하지 않는 백신의 안정성을 증가시키는 기술을 이용하여 백신의 유효기간을 늘리고, 이를 기반으로 장기비축이 가능한 백신 생산 기술의 개발 가능성을 제시하고자 한다.

Ⅲ. 맺는 말

  단백질 안정화 펩타이드를 이용한 백신의 유효기간 증대 기술은 사용 시기를 확실히 예상할 수 없는 국가 위기 초래 감염병 대응 백신이나 생물테러대응 백신 등의 개발과 비축에 있어서 보다 유연한 정책 유지를 가능하게 할 것으로 기대된다. 백신의 안정성의 증대로 인해 보관 과정상의 오류로 발생할 수 있는 손실을 최소화 할 수 있는 부수적인 효과도 기대할 수 있으며, 장기 보관 가능 백신의 개발과 보관 과정에서의 안정성 및 유효기간 증대는 결과적으로 국가 위기 초래 감염병에 대한 국가적 대응 능력의 강화와 더불어 국내 예방의료 능력을 배가하여 국가 위기 대응 능력에 관한 국가 경쟁력을 재고 할 수 있을 것으로 기대된다. 궁극적으로 백신 유효기간 증대는 향후 재조합 백신을 기반으로 한 세포배양 백신생산 기술 등 차세대 백신 생산 제형과 기술의 개발을 뒷받침하는 촉매로 작용할 수 있을 것이다. 단백질 안정화 펩타이드를 이용한 백신 유효기간 증대 기술은 단백질 백신에 활용할 수 있는 원천기술로서 다양한 백신에 활용이 가능할 것으로 예상되며, 냉장 및 냉동, 전력체계가 잘 갖추어 있지 않은 제 3세계로의 백신 보급에 가장 큰 걸림돌인 저온저장(Cold chain) 문제를 해결하는데 활용 가능할 것이다.

Ⅳ. 참고문헌

1. Grassby PF. Safe storage of vaccines: problems ands olutions. Pharm J 1993;251:323–327.
2. Gazmararian JA, Oster NV, Green DC et al. Vaccine storage practices in primary care physician offices: assessment and intervention. Am J Prev Med 2002;23(4):246–53.
3. Kim YM et al, Expression of human interferon a-1 with enhanced stability via the tagging system of a stabilizing peptide. Protein Expression and Purification 2009;63:140-146.
4. Chun JH et al, Serological Correlate of Protection in Guinea Pigs for a Recombinant Protective Antigen Anthrax Vaccine Produced from Bacillus brevis. Osong Public Health Res Perspect. 2012 Sep;3(3):170-6.
5.
http://www.phac-aspc.gc.ca/
Public Health agency of Canada.