1. 2차 유행기가 시작된 코로나19 바이러스 팬데믹
올해 3~4월 코로나19 바이러스 확산 시기 많은 감염병 전문가들은 가을이나 겨울 2차 유행기가 도래할 수 있으며, 과거 스페인 독감의 사례를 봤을 때 2차 유행기에는 1차 시기보다 더 많은 확진자가 발생할 수 있을 것으로 예상했었다.
그들의 예상은 그대로 적중, 가을이 시작된 9월부터 미국과 유럽 등 북반구 지역을 중심으로 코로나19 바이러스 확진자 수는 급증하기 시작했다.
일일 확진자 발생 건수도 1차 유행기였던 3~4월과는 비교도 할 수 없을 만큼 크게 증가해, 미국의 경우 하루 20만명이 넘는 확진자들이 발생하고 있으며, 유럽의 주요 국가들도 3~4월의 확진자 고점을 돌파 프랑스의 경우 11월 초 하루에 8만명 이상의 확진자가 발생하였다.
현재 전 세계 코로나19 바이러스 확진자 수는 6,600만명 이상, 사망자 수는 153만명에 육박하고 있다.
백신이 없다면, 남반구 지역의 가을이 시작되는 3월에는 남반구 지역의 2차 팬데믹이 시작될 수 있다.
2. 코로나19 바이러스 백신
결국 코로나19 바이러스 발생을 최종적으로 종식시키기 위해서는 백신 개발이 필요한 상황이다.
중국 우한에서 코로나19 바이러스 환자들이 최초로 발생한 직후 코로나19 바이러스의 유전자 정보가 공유되면서 주요기업들은 바로 백신 개발에 착수하였다.
개발 특성 상 가장 먼저 개발되기 시작한 것은 mRNA 형태의 백신이었다.
그 뒤로 일종의 DNA 백신이라고 볼 수 있는 바이러스 벡터를 운반체로 활용한 백신들이 개발되었으며, 물질 도출에 가장 시간이 오래 걸리는 항원백신들이 개발되면서 현재 약 51개의 백신들이 임상에 진입하였다.
코로나19 바이러스 백신개발 기업들 중 mRNA 형태의 백신을 개발하고 있는 모더나(Moderna), 바이오엔텍(BIONTECH)/화이자, 그리고 바이러스 벡터 백신을 개발하고 있는 아스트라제네카가 가장 빠르게 임상을 진행시키며, 선두그룹으로 부상하였다.
3개 백신 모두 임상 1상 결과 전원 중화항체 생성과 같은 면역반응이 유도되는 등 백신 개발은 순조롭게 진행되었다.
다만 9월에 아스트라제네카의 백신을 접종받은 지원자에게서 ‘횡단척수염’이라는 부작용이 발생하면서 임상이 잠시 중단되기도 하였으나, 백신과의 상관관계는 없다는 판단 하에 임상은 재개되었다.
임상 3상이 완료되기 전 이들 3개 기업들은 모두 11월 중 임상 3상 중간결과를 발표할 수 있다고 언급하였다.
실제 11월 9일 화이자는 임상 3상 중간결과 90%의 예방효과가 있다고 발표하였으며, 11월 16일 모더나사는 94.5%의 예방효과가 있다고 발표하면서 미국 증시는 2021년도 경제 정상화 가능성을 기대, 다우산업, S&P500, 나스닥 지수 모두 사상 최고치를 경신하면서 상승 중에 있다.
이러한 결과들을 바탕으로 화이자사는 11월 20일, 모더나사는 11월 30일 미 FDA에 긴급사용허가(EUA) 신청서를 제출하였다.
12월 중 승인을 받게 되면 대규모 접종은 충분히 가능할 것으로 보여진다.
12월 3일 영국은 화이자사의 백신에 대해 긴급사용허가를 승인, 아마도 영국인들이 최초로 코로나19 바이러스 백신을 접종받게될 것으로 예상된다.
이미 화이자사의 백신은 대량 유통을 시작하였다.
다만 아스트라제네카의 백신 AZD1222의 경우 2번 접종 시 1차와 2차 모두 정량을 접종한 경우에는 예방효과가 62%에 불과했지만, 1차에는 절반 용량을 2차에는 정량을 접종한 경우에는 약 90%의 예방효과를 보였다.
그러나 임상시험에서 실수로 저용량을 투입하고 표본 수가 적으며 고령층(만 65세 이상)이 표본에 없었기 때문에 발표된 예방효과에 대해서는 의문점이 제기된다.
아스트라제네카 백신은 다른 백신과는 달리 12월 중 미 FDA에 긴급사용허가 신청서 제출은 어려울 것으로 예상된다.
1) mRNA 백신
많은 전문가들의 예상대로 mRNA(messenger RNA) 백신인 모더나와 화이자사의 백신이 가장 빨리 개발에 성공, 미 FDA에 긴급사용허가 신청서를 제출한 상태로 곧 대규모 접종이 가능할 것으로 기대된다.
이들이 개발한 mRNA 백신은 우리가 흔히 알고 있는 일반적인 백신의 형태와는 많이 다르다.
영유아의 필수 예방접종 백신과 같은 고전적인 백신들은 많은 경우 생백신이나 사백신 형태로 약독화시키거나 불활성화시킨 바이러스 자체를 접종한다.
이에 비해 모더나와 화이자사의 백신은 코로나19 바이러스의 항원 부분인 스파이크 단백질(spike protein)을 발현시킬 수 있는 mRNA를 주입하는 방식이다.
Nanoparticle과 같은 이동물질에 둘러싸여 mRNA가 체내에 주입되면 세포 내로 들어가게 된다.
세포 내에서 mRNA는 그들이 가진 유전정보에 따라 스파이크 단백질을 생성하게 된다.
이렇게 만들어진 스파이크 단백질은 세포 내 소기관에서 조각으로 분해되고 이러한 조각이 세포 표면에 디스플레이됨으로써 자신이 외부 적으로부터 감염되어 있음을 면역세포에게 알리게 된다.
여기서 mRNA가 세포 내로 들어온 뒤의 과정은 원래 우리 몸이 외부 바이러스에 의해 감염이 됐을 때 일어나는 메커니즘과 동일하다는 점에서 mRNA 방식의 백신이 면역반응을 쉽게 일으킬 수 있을 것으로 기대되는 부분이다.
mRNA는 그림 11에서 보듯이 single strand, 즉 한 가닥으로 이루어져 있다.
그래서 구조 자체가 매우 불안정하다.
화이자사의 백신이 -70℃, 모더나사의 백신도 -20℃에서 보관과 유통되는 이유가 바로 이 때문이다.
얼려져 있지 않은 상태에서 보관이 되거나 유통이 되면, 그 안에 있는 mRNA가 쉽게 깨지는데, 만약 깨질 경우 체내에서 원하는 단백질, 즉 스파이크 단백질이 발현되지 않기 때문이다.
스파이크 단백질을 발현시키는 mRNA는 무려 1,273개의 염기로 이루어져 있다.
그 긴 mRNA가 중간에 끊어지면 스파이크 단백질이 생성되지 않는다.
물론 모더나나 화이자 백신의 경우 원래 mRNA와는 달리 안전성을 높이기 위해 화학적 변형 물질들을 붙여서 일반 mRNA보다는 안전성을 높이기는 하였으나, 중간에 끊길 경우 효능이 없어지기 때문에 냉동 상태로 보관·유통되어야 한다.
극저온에서 유통되어야 하기 때문에 개발도상국과 같이 극저온 유통 시스템이 부재한 국가에서는 대량으로 유통하기 어렵다.
모더나나 화이자 백신과 같은 mRNA 백신을 부자 나라를 위한 백신이라고 비아냥하는 이유가 여기에 있다.
12월 2일 백신개발에 착수한 지 불과 261일만에 화이자와 바이오엔텍이 개발한 백신이 영국에서 긴급사용허가(EUA)를 승인받으면서 역사상 가장 빠른 속도로 백신 개발에 성공하였다.
이에 영국정부는 12월 8일부터 대규모 백신 접종에 나설 계획이다.
화이자사는 11월 20일 미 FDA에 EUA 신청서를 제출한 상태로, 백신 자문위가 열리는 12월 10일 EUA 승인여부가 결정될 전망이다.
한편 모더나사는 11월 30일 미 FDA에 EUA 신청서를 제출하였으며, 12월 17일 모더나 백신의 허가여부를 논의하는 백신 자문위가 열리는 만큼 모더나 역시 빠른 시일 내에 EUA 승인 여부가 결정될 것으로 기대된다.
모더나사는 2021년까지 연간 5억 도즈를 생산할 수 있는 능력을 보유하고 있으며, 연내 미국에 약 2,000만 도즈를 공급할 계획이다.
2) 바이러스 벡터 백신
바이러스 벡터 백신은 항원 단백질을 코딩하는 DNA의 운반체로 바이러스를 이용하는 백신이다.
주로 복제 기능이나 병원성 유전자가 제거된 아데노바이러스나 렌티바이러스를 운반체로 활용, 코로나19 바이러스의 항원 단백질, 즉 스파이크 단백질을 발현할 수 있는 DNA를 인체 세포 내로 침투시켜 항원을 발현시킬 수 있도록 하는 방식이다.
운반체로 바이러스를 활용한 까닭은 바이러스만큼 세포 침투가 용이한 물질은 없기 때문이다.
아데노바이러스가 침투한 세포는 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질을 발현하게 되고, 이를 통해 우리의 면역시스템이 스파이크 단백질을 적으로 인지하게 되어 향후 코로나19 바이러스에 감염이 될 때 바이러스를 공격할 수 있는 면역 체계를 갖추게 된다는 원리이다.
바이러스 벡터 백신 중 가장 개발이 빠르게 이루어지고 있는 백신은 아스트라제네카사의 AZD1222 백신이다.
옥스포드 대학교에서 개발한 ChAdOx1 바이러스 벡터를 이용, 코로나 19 바이러스의 스파이크 단백질이 인체 내 세포에서 발현될 수 있게끔 하는 방식으로 5월 아스트라제네카사가 옥스포드 대학교로부터 기술이전한 물질이다.
ChAdOx1 바이러스 벡터는 침팬지에서 감기를 일으키는 아데노바이러스를 유전자 조작을 통해 변형시킨 물질로 병을 일으키는 유전자와 바이러스 복제와 관련된 유전자를 변형 안전성을 확보한 바이러스 벡터이다.
옥스포드 대학교는 이와 같이 변형된 침팬지의 아데노바이러스 벡터에 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질을 발현할 수 있는 DNA를 삽입시켜 ChAdOx1 nCoV1-19 백신을 개발하였다.
ChAdOx1 nCoV1-19 백신은 체내에 주입되면 아데노바이러스의 특성을 살려 세포 내로 침투, 세포 내에서 스파이크 단백질을 발현하게 된다.
mRNA 백신과 마찬가지로 이렇게 발현된 스파이크 단백질은 세포 내 소기관에서 조각으로 분해되고 이러한 조각이 세포 표면에 디스플레이됨으로써 자신이 외부 적으로부터 감염되어 있음을 면역세포에게 알리게 되면서 면역반응이 유도된다.
아스트라제네카사는 8월부터 3만명 대상의 대규모 임상 3상을 시작, 11월 23일 임상 3상 중간결과를 발표했다.
2번의 접종 중 첫번째 접종의 백신 용량이 절반인 경우와 정량인 경우, 두 종류의 임상결과였다.
첫번째 접종용량을 절반으로 했을 때 백신 예방효과는 90%, 둘다 정량으로 접종했을 시에는 62%에 불과하였다.
절반 용량의 경우 mRNA 백신들과 비슷한 효과로 나쁘지 않았으나, 임상 표본 수가 너무 적고, 65세 이상 고령층 데이터가 부재하다는 점을 들어 11월 27일 WHO는 추가 임상시험을 요구하였으며, 아스트라제네카 측도 추가 글로벌 임상을 진행할 것임을 밝혔다.
이로 인해 아스트라제네카는 연내 미 FDA에 EUA 신청서 제출은 어려울 것으로 예상된다.
모더나, 화이자, 아스트라제네카의 백신의 뒤를 이어 개발이 빨리 진행되고 있는 백신은 존슨앤존슨사가 개발하고 있는 백신이다.
존슨앤존슨 백신도 아데노바이러스를 이용한 바이러스 벡터 백신으로 9월 23일 6만명 규모의 글로벌 임상 3상을 개시하였다.
선두그룹 모두 2회 접종인데 비해 존슨앤존슨 백신은 1회 접종도 가능한 장점을 보유하고 있다.
존슨앤존슨사는 장기간의 백신 효능을 보기 위해 11월 15일 2회 접종으로 3만명 대상의 임상 3상을 개시하였다.
첫 번째 접종 이후 57일째 되는 시점에서 두 번째 접종을 하는 임상으로 장기간 예방 효과가 입증된다면 가장 범용적으로 사용될 백신이 될 수 있을 것으로 기대된다.
이 외에도 머크사도 바이러스 벡터를 활용한 코로나19 백신을 두 종류 개발 중에 있다.
9월 11일 260명 대상 임상 1/2상을 개시했으며, 올해 내 임상 결과가 도출될 수 있을 것으로 기대된다.
머크사가 개발하고 있는 V590은 VSV(vesicular stomatitis virus, 수포성 구내염바이러스)를 벡터로 활용하고 있는데 VSV 바이러스 벡터는 에볼라바이러스 백신(rVSVZEBOV)에 적용된 플랫폼으로 2019년 승인을 받은 기술이다.
상용화된 바이러스 벡터를 활용한다는 점에서 앞에서 언급한 아데노바이러스 벡터나 mRNA 백신에 비해 기술적 신뢰도는 높다고 할 수 있다.
또 다른 백신인 V591은 홍역 바이러스를 벡터로 사용하고 있다.
머크사는 V590 개발을 위해 미 정부로부너 3,800만 달러를 지원받았으며, V591 개발에는 CEPI로부터 490만 달러의 연구비를 지원받았다.
바이러스 벡터 백신의 최종 product는 바이러스이다.
대규모 생산을 위해서는 바이러스 증식을 위한 세포 배양이 필요하고, 최종 산물이 바이러스라는 점에서 기존 백신들과 마찬가지로 냉장 상태에서 보관과 유통이 가능하다.
극저온에서 보관 유통되는 mRNA 백신과는 달리 냉장 유통이 가능하다는 점에서 보다 범용적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
도즈당 가격도 화이자 백신은 19.5달러, 모더나 백신은 30달러 수준인데 비해 아스트라제네카 백신은 3~4달러 수준으로 가격 또한 mRNA 백신에 비해 저렴하다.
더불어 mRNA 백신의 경우 극저온에서 유통한다는 점을 감안 시 유통 관련 비용까지 더해질 것으로 예상되는 바, 극저온 유통 시스템이 부재한 개발도상국에서는 바이러스 벡터 백신이 보다 널리 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
3) 재조합 항원(단백질) 백신
재조합 항원백신은 바이러스에서 항원인 단백질만을 체내에 주입하여 면역반응을 유도하는 백신으로 subunit 백신이라고도 한다.
면역반응에 필요한 항원만 합성해 만들었기 때문에 순도가 높고 안정적이지만, 면역반응을 유도하는 데 시간이 걸리고 바이러스 전체를 접종하는 생백신보다는 효율이 떨어진다는 단점이 있다.
재조합 항원백신은 항원을 발현시킬 수 있는 유전물질(주로 DNA)을 박테리아의 플라스미드와 재조합시켜 재조합 DNA(Recombinant DNA)를 만든다.
이 재조합 DNA를 효모(Yeast)에 넣어서 배양시키면, 효모는 재조합 DNA가 코딩하고 있는 바이러스의 항원을 발현시키고, 이 항원만을 분리해서 정제하면 재조합 항원백신을 생산할 수 있다.
그러나 항원을 발현시킬 재조합 DNA를 만들고 항원을 대량으로 생산하기 위해 배양을 하고, 배양한 뒤 항원만을 분리 정제해야 하기 때문에 개발에 많은 시간이 소요된다.
코로나19 바이러스 백신들 중에서 재조합 항원백신이 가장 개발이 늦은 이유이다.
그러나 재조합 항원백신의 경우 정제된 항원만으로는 면역반응을 유도하기 어렵기 때문에 면역원성을 증강시킬 수 있는 면역증강제(Adjuvant)를 활용하여 면역원성을 높이는 방향으로 개발되고 있다.
고전적인 면역증강제는 aluminum salt를 활용한 무기물 면역증강제가 있으나, 최근에는 세균이나 바이러스가 가진 표면 당구조, 핵산, 펩타이드, 지질류 등을 인식해 면역체계를 활성화시킴으로써 외래 병원체로부터 우리 몸을 방어하는 역할을 하는 TLR(Toll like receptor)를 활성화시키는 물질들이 많이 활용되고 있다.
TLR4는 그람음성 세균의 세포외막에 존재하는 지질다당체(LPS)를, TLR9은 세포 내부에 있는 인간의 DNA와는 다른 형태의 DNA(Non-methylated DNA, 주로 세균의 DNA는 포유동물의 DNA와는 달리 사이토신에 메틸화가 되어 있지 않아서 면역세포가 외부 항원으로 인식)를 인지하는 수용체이다.
이러한 항원에 의해 TLR4와 TLR9이 반응하면 수지상세포, 대식세포, B세포 등 다양한 면역세포를 활성화시킬 수 있게 된다.
TLR4를 활성화시키는 대표적인 면역증강제로는 MPL(Monophosphoryl Lipid A) 성분이 있다.
GSK사가 MPL을 면역증강제로 개발, 자궁경부암을 일으키는 인유두종바이러스 백신인 서바릭스(Cervarix)와 대상포진 백신인 싱그릭스(Shingrix) 개발에 적용하였다.
싱그릭스는 기존 머크사에서 개발한 조스타박스(Zostavax)의 예방률 51% 대비 97.2% 예방률을 보이면서 출시 1년 만인 2018년 약 10억 달러, 2019년에는 23억 달러의 매출을 기록하였다.
TLR9을 활성화시키는 면역증강제로는 CpG motif가 있다.
미생물의 유전체에는 CpG motif가 methylation되지 않은 경우가 흔한데, 이는 TLR9을 활성화시키는 물질로 작용한다.
다이나백스(Dynavax)사가 개발한 CpG1018이 바로 이러한 메카니즘을 활용한 면역증강제이다.
코로나19 바이러스 백신을 위해 재조합 항원백신을 개발하고 있는 대표적인 회사는 노바백스(Novavax)사와 사노피/GSK사를 언급할 수 있다.
노바백스는 자사가 개발한 재조합 코로나19 항원과 면역증강제인 Matrix-M(사포닌으로 만든 particle)을 적용한 백신으로 9월 25일 영국에서 15,000명 대상의 임상 3상을 개시하였다.
영국에서의 임상 3상 중간 데이터는 2021년 1분기 발표 가능할 것으로 예상된다.
그러나 미국 내에서의 임상 3상은 연기되었는데 미 FDA의 보완자료 요청이 있었기 때문이다.
최근 FDA의 요구사항과 시험 프로토콜 및 임상 1/2상 데이터와 관련된 요청을 충족, 자료들을 제출 중으로 곧 개시할 수 있을 것으로 기대된다.
사노피와 GSK사의 백신은 사노피가 개발한 재조합 코로나19 항원과 GSK사의 면역증강제의 조합으로 9월 3일 임상 1/2상을 개시하였다.
미국 내 11개 임상기관에서 440명의 건강한 성인을 대상으로 진행하는 임상으로 올해 12월 중 결과를 발표할 예정이다.
12월에 결과를 발표하게 되면 바로 임상 3상을 연내 돌입한다는 목표로 2021년 상반기 미국에서 EUA 승인을 획득할 수 있을 것으로 기대된다.
백신의 명가인 사노피와 이미 상용화된 전력이 있어서 안전성이 확보된 GSK사의 면역증강제의 조합으로 가장 기대되는 백신 중 하나라고 할 수 있다.
4) 생백신과 사백신
과거 백신을 만들기 위해 사용되었던 고전적인 방식은 바로 생백신(Live-attenuated vaccine)과 사백신(Inactivated vaccine) 형태이다.
생백신은 약독화 백신이라고도 하며 살아있는 세균이나 바이러스가 포함되어 있어 접종 후 일어나는 면역반응은 자연 감염과 가장 유사한 형태라고 할 수 있다.
홍역, 유행성이하선염, 풍진, 수두, 황열, 인플루엔자 백신이 이에 해당한다.
병원성을 약화시켰기 때문에 살아있지만 질병을 유발할 수는 없다.
하지만 생백신이기 때문에 간혹 변종을 만들어 체내에서 복제되 독성을 가질 수는 있다.
이에 비해 사백신은 바이러스나 세균의 전체 또는 분획으로 구성되어 있다.
불활성화 백신이라고도 하며 병원체를 배양한 후 열이나 화학약품(주로 포르말린)으로 불활성화 시킨 백신이다.
불활성화되어 있기 때문에 변이에 의한 체내 증식은 불가능하여 생백신에 비해 상대적으로 안전하다.
하지만 생백신 보다는 면역반응이 약해서 면역 유지를 위해서는 여러 번의 접종이 필요하다.
소아마비, A형 간염, 광견병 백신이 이에 해당한다.
중국의 시노백(Sinovac)은 코로나19 바이러스 백신을 불활성화 백신으로 개발하고 있다.
11월 17일 시노백사는 인도네시아에서 수행된 임상 1/2상의 결과를 란셋(Lancet) 저널에 발표했는데, 항체 형성 정도가 낮았다.
그럼에도 불구하고 백신은 효과적이라고 판단, 인도네시아, 브라질, 터키에서 임상 3상은 계속된다고 언급하였다.
RNA 바이러스의 경우 변이가 많기 때문에 백신을 개발하기가 어렵다.
RNA 바이러스 중 유일하게 백신이 존재하는 바이러스는 인플루엔자 바이러스뿐이다.
코로나19 바이러스도 RNA 바이러스로 변이로 인해 기존의 생백신이나 사백신의 경우 다소 부적합하다고 판단, 많은 글로벌 제약사들은 대부분 앞에서 언급한 mRNA, 바이러스 벡터 백신, 또는 재조합 항원백신 기술을 이용한 백신을 개발하고 있다.
바이러스 전체를 그대로 활용한 생백신이나 사백신의 경우, 바이러스 변이가 발생할 경우 예방효과가 현저하게 감소할 수밖에 없다.
시노백의 낮은 항체 생성 정도의 정확한 원인은 알 수 없지만, 코로나19 바이러스 변이로 인한 것으로 추정된다.
3. 코로나19 백신의 EUA 승인 이후
화이자/바이오엔텍사는 11월 20일, 그리고 모더나사는 11월 30일 미 FDA에 긴급사용허가(EUA) 신청서를 제출했다.
그러나 안전성 측면에서 과연 백신이 긴급사용허가가 반드시 필요한지 생각해 볼 필요가 있다.
중증 환자에게 투여되는 치료제와는 달리 백신은 건강한 사람에게 접종되는 것으로 건강한 사람 입장에서는 백신의 접종 여부가 한시가 급할 이유는 없다.
그러나 지금 코로나19 바이러스 백신의 긴급사용허가가 필요한 이유는 코로나19 바이러스의 2차 대유행과 이로 인한 사망자 수 급증은 백신이 지금 당장 필요할 만큼 매우 절박한 이슈가 되었기 때문이다.
특히 코로나19 바이러스 확진자 수 최대 발생국가인 미국의 경우 누적 확진자 수는 1,400만명을 넘었고 일일 확진자 수도 20만을 훌쩍 넘겼다.
확진자 수 급증으로 인해 COVID19 사망자 통계의 선행 지표인 입원 환자는 사흘 연속 10만명 이상으로 집계되고 있다.
현재 전체 사망자는 28만여 명인데 의료시스템이 붕괴되기 시작하면 사망자 수는 더욱 급증하게 될 것이 자명하다.
추수감사절 후폭풍으로 이러한 확산세는 2~3주 뒤에 최고조에 이르고 크리스마스 연휴 시즌까지 감안하면 확진자와 사망자 수 폭증은 내년 초까지 이어질 수 있다.
워싱턴 의과대학 보건계량분석 연구소는 코로나 사망자 예측 모델을 이용하여 내년 4월까지 총 사망자 수가 50만명에 이를 수 있다고 경고했다.
결국 이러한 우려가 백신에 대한 절박한 니즈로 연결되고 있다.
미국의 COVID19 누적 사망자 수를, 과거 미국이 개입했던 전쟁에서 사망한 미군 숫자와 비교하면 작금의 상황은 가히 전쟁과 같다고 할 수 있다.
현재 사망자 수인 28만 명은 2차 세계대전 당시 미군 사망자 수인 29만 명에 육박한 수치이고, 내년 4월까지 예측한 50만 명의 사망자 수는 미국 본토에서 발생한 마지막 전쟁이라 할 수 있는 남북전쟁 사망자 수 50만 명과 비슷한 수치이다.
즉 지금 미국에서 발생하고 있는 코로나19 바이러스의 2차 대유행은 전쟁과 같은 상황이고, 이 전쟁에서의 무기는 바로 백신이라 할 수 있다.
이러한 상황은 유럽도 마찬가지다.
171만 누적 확진자가 발생하고 이 중 6만명 이상 사망자가 발생한 영국의 경우 12월 2일 전 세계에서 최초로 화이자사의 코로나19 백신을 승인했다.
12월 8일부터 의료진과 80세 이상의 노인, 요양원 근무자들이 가장 먼저 코로나19 백신을 접종받게 될 예정이다.
EUA 신청서를 제출한 화이자와 모더나사의 백신은 임상 3상 중간결과 발표 시 심각한 부작용은 발생하지 않았다고 언급하였다.
모더나의 백신은 3만명 대상으로 진행하였고, 화이자사는 약 44,000명 대상으로 임상 3상을 진행하였다.
기껏해야 임상 3상에서 1,000~3,000명을 대상으로 하는 치료제의 임상을 생각한다면 3만명 내지는 4만명이라는 참여자 수는 매우 많은 숫자라고 생각될 수 있다.
그러나 백신은 질병에 걸린 사람들에게만 투여되는 치료제와는 달리 그 나라 국민 전체 또는 코로나19 바이러스처럼 전 세계적으로 유행하는 팬데믹의 경우 전 세계 인구가 대상으로, 77억명이라는 전 세계 인구 수를 고려할 때 3~4만명은 25만 분의 1에 불과하다.
긴급사용허가를 받은 백신들의 경우 특히 장기간 안전성 데이터도 충분히 확보되지 않은 상태로 대규모 백신 접종이 이루어질 경우 전혀 예상치 못한 부분에서 부작용 발생이라는 이슈가 크게 부각될 수도 있다.
백신의 예방효과 즉 효능은 어떨까?
모더나와 화이자 백신은 임상 3상 중간결과에서 각각 94%와 95%의 예방효과가 있다고 발표하였다.
모더나사와 화이자사는 이 예방효과를 도출하는데 있어서 각각 151명과 164명의 코로나19 바이러스 감염 환자를 분석한 수치로 임상에 참여한 지원자 중 코로나19 바이러스에 감염된 사람들을 분석해 보니 대부분이 위약 투여군이었고 감염자 중 백신 투여군은 5% 내외였다는 결론이다.
대규모 접종 시에도 이렇게 뛰어난 백신 예방효과가 유지될 수 있을 지는 확인해 볼 필요가 있다.
백신 예방 효과의 지속성을 얼마나 유지될까?
모더나의 임상 3상 결과는 두 번째 접종 이후 2주일 기간 내에 코로나19 바이러스에 감염된 사람들을 분석한 결과이고, 화이자사는 두 번째 접종 이후 1주일 기간 내에 감염된 사람들을 분석한 결과이다.
즉 백신의 예방효과 즉 효능이 입증된 기간은 첫 번째 백신 접종 기준으로 약 한 달 남짓이며, 두 번째 백신 접종을 기준으로 했을 때에는 1~2주일간 입증된 효능이라고 할 수 있다.
두 번째 접종 이후에도 한달 내지는 석달 뒤에도 백신의 효능이 여전히 94% 내지는 95% 라는 놀라운 예방효과를 유지할 수 있을까?
사실 임상 기간을 고려했을 때 이 질문에 아직 답을 할 수는 없다.
모더나와 화이자사는 긴급사용허가를 승인받은 이후에도 아직 끝나지 않은 임상 3상의 결과를 분석해서 장기간 유효성 데이터를 도출하게 될 것이다.
그렇게 되면 계절성조차 없는 코로나 19 바이러스에 대한 백신 효과를 계속 유지하기 위해서는 얼마나 자주 백신을 접종받아야 할 지가 결정될 것으로 예상된다.
그토록 기다렸던 코로나19 바이러스 백신 드디어 개발되었다.
그러나 장기 안전성, 지속력 여부 등 아직 해결해야 할 과제들이 산재되어 있다.
영국에서는 당장 12월 8일부터 대규모 접종이 시작되고, 미국에서도 EUA 승인 이후 연내 대규모 접종이 시작될 것으로 예상된다.
아마도 기존의 3~4만명 규모의 임상 때와는 달리 여러가지 부작용 발생과 같은 안전성 이슈가 대두될 수도 있고, 극저온에서의 유통 이슈로 인한 문제들이 발생할 수도 있다.
그리고 생산 및 공급의 문제 또한 부각될 수도 있어서 코로나19 바이러스 백신 관련 이슈는 여전히 시장의 초미의 관심사가 될 것으로 보인다.
4. 코로나19 바이러스 백신 개발 수혜 기업은?
코로나19 바이러스처럼 RNA 바이러스인 인플루인자(독감) 바이러스 백신의 효능 지속기간은 3개월이라고 한다.
독감 백신의 지속기간이 고작 3개월이라 하더라도 큰 문제는 없다.
왜냐하면 독감 바이러스 자체가 계절성으로 늦가을에서 겨울까지만 유행, 이 기간에만 백신의 예방효과가 있어도 괜찮다.
그러나 코로나19 바이러스의 경우 지난 1년동안 경험한 바에 따르면, 계절성을 찾아보기 어렵다.
기온이 낮고 건조한 계절에 더욱 기승을 부리기는 하지만, 8월 광화문 발과 같이 그 반대의 계절에도 조건만 부합하면 대규모 유행이 발생할 수 있다.
바로 이런 특성 때문에 코로나19 바이러스 백신의 효능 지속기간은 중요한 이슈이다.
가급적 장기간 효과가 지속된다면 더할 나위 없겠지만, 만약 예방효과가 독감 백신처럼 짧다면 2~3개월마다 백신을 접종 받아야 하는 상황이 발생할 수도 있다.
코로나19 바이러스 백신은 전 세계 인구가 모두 접종 대상이기 때문에 만약 지속기간이 짧아 자주 접종받아야 한다면, 엄청나게 많은 백신의 공급이 이루어져야 한다.
전 세계 인구인 77억 명 대상 분기별 접종이 필요하다면, 최대 300억 도즈 이상이 필요할 수도 있다.
이와 같은 대규모 백신을 생산하기 위한 생산 캐파는 현재 매우 부족한 상황이다.
GlobalData에서 분석한 바에 따르면 전 세계에서 백신 원료를 생산할 수 있는 기업은 123개로 이들은 모두 195개의 위탁생산 설비가 있다.
대부분의 설비는 미국과 유럽에 집중되어 있으며 우리나라가 생산 사이트 기준 3번째로 규모가 큰 국가로 알려져 있다.
77억 명 전 세계 인구를 대상으로 코로나19 백신을 공급하기 위해 COVAX는 2021년 말까지 20억 도즈를 확보하기 위해 백신 생산 기업들과 협약을 체결하였다.
향후 백신 기업들의 생산 캐파 확대가 예상되는 부분이다.
따라서 이렇게 많은 백신을 생산하기 위한 생산 설비를 갖춘 기업들이 코로나 19 백신의 최대 수혜 기업이 될 수 있을 것으로 기대된다.
이미 국내 백신 기업들에게 코로나19 백신을 개발하고 있는 기업들의 러브콜이 이어지고 있다.
SK케미칼은 코로나19 바이러스 백신 개발의 선두 그룹 중 하나인 아스트라제네카사와 7월 21일 코로나19 백신 후보물질인 AZD1222의 글로벌 공급을 위한 협력의향서를 체결했다고 밝혔다.
연이어 8월 13일 노바백스(Novavax)사의 코로나19 바이러스 백신 후보물질 생산 계약도 체결하면서 SK케미칼의 주가는 폭등하였다.
최근 아스트라제네카사의 AZD1222 접종 이후 부작용 발생 사례가 보고되고 기대 이하의 임상 3상 중간결과가 발표되면서 다소 조정 받기도 하였으나, 향후 아스트라제네카사가 상용화에 성공한다면, SK케미칼은 코로나19 바이러스 백신의 아시아 생산 기지로 작용할 수도 있다.
녹십자도 10월 22일 CEPI(전염병예방혁신연합)와 최대 5억 도즈 분량의 코로나19 바이러스 백신 위탁생산 합의를 체결했다고 보도하였다.
2021년 3월부터 2022년 5월까지 CEPI의 코로나19 백신 생산 기지로 활용될 예정이다.
SK케미칼과는 달리 녹십자는 Fill & Finish 즉 백신 원료를 공급받아 주사기나 바이알에 충진하는 완제품을 공급하는 것으로 특별히 생산설비 구축이 필요하지 않다는 점에서 상당한 마진을 기대할 수 있다.
그러나 아직 어느 기업의 백신을 위탁생산 하는 것인지, 그리고 생산 도즈도 결정된 것은 없어서 글로벌 제약사들의 백신 개발이 완료된 이후 구체적인 시기와 물량이 결정될 수 있을 것으로 보인다.
이러한 코로나19 백신 위탁 생산과 관련된 수혜는 비단 백신 공장에만 그치지 않을 것으로 보인다.
1) 백신 원료를 받아서 주사기나 유리 바이알에 담아서 최종 제품으로 만드는 Fill & Finish 공정은 특별히 백신과 바이오의약품이 다르지 않기 때문에 바이오의약품을 생산하는 공장에서는 원칙적으로 모두 위탁 생산이 가능하다.
2) 아스트라제네카 백신이나 존슨앤존스 백신의 경우 최종 산물이 아데노바이러스라는 점에서 백신 원료를 생산하기 위해서는 바이러스 배양 공정이 필요하다.
따라서 백신 전용 생산설비를 보유한 회사들이 위탁 생산할 수 있으나, 모더나와 화이자 백신인 mRNA 백신의 경우 기존의 백신과는 다른 개념으로 바이러스 배양과 같은 공정이 필요하지 않는다.
mRNA 백신은 최종 산물이 mRNA이다.
전통적인 백신이라기 보다는 바이오의약품 공정에 더 가깝다고 볼 수 있다.
mRNA의 일반적인 생산 공정은 다음과 같다.
코로나19 바이러스는 RNA 바이러스이기 때문에 스파이크 단백질을 발현하는 RNA 부위를 역전사(reverse transcription) 효소를 이용 cDNA를 합성해 준다.
대장균 배양을 통해 cDNA를 대량으로 생산한 뒤 cDNA에서 mRNA를 전사(transcription), mRNA만을 분리 정제하여 얻게 된다.
이러한 공정은 특별히 대규모 동물세포 배양 공정이 필요 없다.
국내에서 mRNA를 대량으로 생산해 본 기업은 없기 때문에 모더나 백신 위탁 생산에 더 유리한 위치에 있는 기업은 없다.
mRNA가 핵산이기 때문에 올리고 핵산치료제를 생산하는 기업이 유리할 것으로 생각할 수도 있으나, 올리고 핵산은 몇십 개의 염기서열을 가진 올리고 핵산을 합성기에서 염기서열 순서대로 합성하는 방식으로 수백~수천 개의 염기서열을 보유한 mRNA 생산은 불가능하다.
따라서 바이오의약품을 생산 공정을 보유한 기업들은 모두 모더나 백신을 위탁생산할 수 있는 가능성이 있다고 할 수 있다.
올해 코로나19 팬데믹의 최대 수혜주는 진단기업들이었다.
코로나19 이전 대비 진단기업들의 수출은 10배 가까이 증가했다.
11월 진단키트 수출금액은 국내 기업들의 주요 수출지역인 유럽에서 코로나19 확진자 수가 급증하면서, 9월 고점을 경신 2억 9,420만 달러를 기록했다.
진단키트 수출 증가로 인해 기존 매출이 전무했던 기업들이 매출의 급증하면서 적자기업에서 흑자기업으로 전환되었으며, 씨젠과 같이 기존에 매출이 발생했던 기업의 경우 매출액은 전년대비 790% 증가, 영업이익은 레버리지 효과로 전년대비 약 3,000% 증가하였다.
2021년도에는 백신기업들이 올해의 진단기업처럼 실적이 큰 폭으로 증가, 코로나19 팬데믹의 최대 수혜주가 될 수 있을 것으로 기대된다.
아직은 백신 위탁생산에 대한 기대감만이 주가에 반영되어 있지만, 코로나19 백신이 본격적으로 상용화되면 이들 백신기업들의 실적은 큰 폭으로 증가할 것으로 기대된다.
5. 모더나와 화이자 백신 성공의 의의
모더나와 화이자사의 mRNA 백신이 약 95%의 예방효과를 입증하며 EUA 승인을 눈앞에 두고 있다.
mRNA 백신 기술은 상용화된 적이 없는 기술로 만약 코로나19 팬데믹이라는 급박한 상황이 발생하지 않았다면 이렇게 빨리 허가 받기는 어려웠을 것이다.
EUA 승인 이후 중장기적 안전성과 지속성이 확인이 된다면, mRNA 백신은 주요 백신 개발의 플랫폼 기술로 자리매김할 수 있을 것으로 기대된다.
mRNA 백신은 여러 측면에서 장점을 보유하고 있다.
1) 물질 도출이 매우 용이하여 가장 빨리 백신 후보물질 도출이 가능하다.
항원 단백질의 유전자 염기서열이 공개되면 이를 이용 바로 백신 후보물질을 만들어낼 수 있다.
이번 코로나19 바이러스 팬데믹 상황에서 가장 빨리 mRNA 백신이 임상에 진입할 수 있었던 이유이다.
2) mRNA 백신이 체내에서 면역반응을 유도하는 방식은 바이러스와 같은 외부 물질 감염 시 유도되는 면역반응과 동일하기 때문에 부작용이 최소화된 안전한 백신 개발이 가능하다.
3) 최종산물이 바이러스인 경우 이를 대량으로 배양해야 하기 때문에 백신 생산에 많은 시간이 소요되지만, mRNA 백신의 경우 대규모 배양이 필요하지 않기 때문에 급박한 상황에서 빠른 시간 내에 백신 공급이 가능하다.
상용화된 적이 없는 혁신적인 기술에 대해 그 동안 FDA와 같은 규제기관들은 안전성에 대한 우려로 항상 높은 안전성 기준과 허들을 만들어 이들의 시장진입의 걸림돌로 작용했다.
그러나 이번 코로나19 팬데믹이라는 위기상황에서 오히려 급한 쪽은 규제기관과 보건당국이었다.
아마도 과거와 같은 잦대로 이들의 안전성 데이터를 요구하기는 어려웠을 것이고 이로 인해 mRNA 백신이라는 상용화된 적이 없는 혁신적인 기술은 굉장히 빠른 속도로 시장진입이 가능했다.
앞으로 코로나19 팬데믹이 종료된다 하더라도 이미 시장진입에 성공한 mRNA 백신기술은 향후 다른 백신을 개발할 때 과거와는 달리 시장진입의 문턱은 낮아질 것으로 기대된다.
mRNA 기술은 백신개발에만 적용되는 기술은 아니다.
모더나사는 현재 각종 바이러스의 예방백신뿐만 아니라 암백신, 면역항암제, 유전자 결핍에 의한 희귀질환 치료제 등 다양한 질환군에 대한 치료제를 개발 중에 있다.
앞으로 다양한 mRNA 기술들이 시장에 진입, 그 동안 난치성 질환으로 인식되었던 질병에 대한 혁신적인 치료제 개발을 기대해 본다.
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