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[강연] mRNA, 차세대 건강 혁명의 주역_by 안광석 | 고등과학원&카오스재단 '2023 노벨상 해설강연' | 1강

2023년 노벨 생리의학상은 코로나19 팬데믹 상황에서 인류를 구한 mRNA 백신 개발의 주역들에게 돌아갔습니다. 헝가리 출신의 카탈린 카리코와 미국의 드루 와이즈만 박사가 그 주인공입니다. 이들의 연구는 단순히 전염병에 대응하는 수단을 넘어, 현대 의학의 패러다임을 바꾸는 혁신적인 성과로 평가받습니다. 수많은 생명을 구한 이 기술의 이면에는 한 과학자의 끈질긴 집념과 열정이 숨어 있습니다. 이번 수상은 과학적 발견이 우리 삶에 얼마나 직접적인 영향을 미칠 수 있는지를 보여주는 상징적인 사건입니다. 과거의 백신 제조 방식은 매우 노동 집약적이고 시간이 오래 걸리는 작업이었습니다. 바이러스를 증식시키기 위해 수많은 유정란에 주사기로 바이러스를 주입하고 다시 추출하는 과정을 거쳐야 했기 때문입니다. 하지만 1980년대 이후 분자생물학이 발전하면서 병원체 전체가 아닌 특정 성분만을 활용하는 방식이 가능해졌습니다. 특히 mRNA 기술은 생산 공정을 표준화할 수 있어 신속하고 비용이 저렴하며, 다양한 바이러스와 세균에 즉각적으로 적용할 수 있는 강력한 장점을 지니고 있습니다. mRNA 연구의 선구자인 카탈린 카리코 박사의 여정은 결코 순탄하지 않았습니다. 헝가리에서 미국으로 이민을 떠날 당시, 그녀는 전 재산인 1,000달러를 어린 딸의 테디베어 인형 속에 숨겨야 할 정도로 절박한 상황이었습니다. 미국에 도착한 후에도 비정규직 연구원으로서 불안정한 삶을 이어갔으며, mRNA 연구에 대한 학계의 냉대와 무관심을 견뎌야 했습니다. 하지만 그녀는 mRNA가 질병 치료의 핵심이 될 것이라는 확신을 굽히지 않았고, 이러한 믿음은 훗날 인류를 구하는 거대한 발견의 씨앗이 되었습니다. mRNA 기술의 가장 큰 난관은 인위적으로 만든 RNA를 체내에 주입했을 때 발생하는 강력한 염증 반응이었습니다. 카리코와 와이즈만 박사는 우리 몸의 천연 RNA인 tRNA에는 염증이 일어나지 않는다는 점에 주목했습니다. 연구 결과, tRNA에 포함된 '슈도우리딘'이라는 변형 염기가 면역 반응을 회피하는 열쇠임을 밝혀냈습니다. 이 발견을 통해 염증 반응 없이 단백질 생산 효율을 수십 배 이상 높인 변형 mRNA를 제작할 수 있게 되었으며, 이는 백신 상용화를 가능케 한 결정적인 돌파구가 되었습니다. 놀라운 발견에도 불구하고 카리코 박사는 소속 대학으로부터 교수 자질이 부족하다는 평가를 받으며 해고 통보를 받는 수모를 겪었습니다. 연구비 수주 실패와 논문 거절이 반복되는 상황에서도 그녀는 과학자로서의 자존심을 지키며 연구를 지속했습니다. 결국 그녀는 독일의 바이오엔테크로 자리를 옮겨 자신의 기술을 믿어주는 동료들을 만났고, 7년 뒤 전 세계를 휩쓴 코로나19에 대항하는 화이자 백신을 탄생시켰습니다. 이는 단기적인 성과에 매몰된 현대 학계에 인내와 기초 연구의 중요성을 일깨워주는 사례입니다. mRNA 기술의 잠재력은 코로나19 백신에 국한되지 않습니다. 이 기술은 암 치료 분야에서도 혁신적인 변화를 예고하고 있습니다. 환자의 암세포에서만 나타나는 특이 단백질 정보를 mRNA에 담아 주입하면, 우리 몸의 면역 체계가 암세포를 직접 공격하도록 유도할 수 있습니다. 이미 30년 전부터 암 치료용으로 연구되어 온 이 플랫폼은 향후 심장 질환, 뇌 질환 등 다양한 난치병 치료제로 확대될 전망입니다. 이제 우리는 mRNA를 통해 질병을 예방하는 시대를 넘어 적극적으로 치료하는 새로운 의학적 시대로 진입하고 있습니다. 과학은 천재들만의 전유물이 아니라, 실패를 두려워하지 않는 인내와 집념의 산물입니다. 카리코 박사는 과학 연구를 조정 경기에 비유하며, 결승선을 보지 못하더라도 동료를 믿고 노를 젓는 과정 자체가 중요하다고 강조합니다. 수많은 거절과 무시 속에서도 묵묵히 자신의 길을 걸어온 그녀의 삶은 우리에게 깊은 감동을 줍니다. 진정한 혁신은 화려한 조명 아래서가 아니라, 아무도 알아주지 않는 실험실에서 묵묵히 흘린 땀방울을 통해 완성된다는 사실을 그녀의 노벨상 수상이 증명하고 있습니다.

안광석

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생명과학

주문하신 암 백신💊 나왔습니다~ 암을 정복할 히든카드!😏 mRNA 백신(Vaccine) | 요즘과학

2020년 코로나19 팬데믹은 인류에게 큰 시련이었지만, 동시에 mRNA 백신이라는 혁신적인 기술을 선사했습니다. 기존의 전통적인 백신이 바이러스 자체를 몸에 주입하는 방식이었다면, mRNA 백신은 세포가 바이러스 단백질을 직접 만들 수 있도록 설계도를 전달하는 방식입니다. 이는 우리 몸의 유전정보 흐름인 '센트럴 도그마' 원리를 이용한 것으로, DNA에서 단백질로 가는 중간 단계인 mRNA를 주입해 면역 반응을 유도합니다. 이러한 방식은 항원 자체를 넣지 않아 감염 우려가 적고 안전하다는 장점이 있습니다. mRNA 백신이 코로나19 시기에 갑자기 등장한 것처럼 보이지만, 사실 그 뿌리는 1960년대부터 시작된 수십 년의 연구에 있습니다. 1994년에 이미 첫 백신 시험이 시작되었을 정도로 오랜 역사를 지니고 있으며, 코로나19 팬데믹은 이 기술이 실제 현장에서 증명될 수 있는 거대한 시험 무대가 되었습니다. 통상 10년 이상 걸리던 백신 개발 기간을 1년 미만으로 단축할 수 있었던 비결은 바로 이러한 축적된 연구 성과 덕분이었습니다. 유전정보만 알면 신속하게 개인 맞춤형 제작이 가능하다는 점은 mRNA 기술의 가장 큰 매력입니다. 최근 mRNA 기술은 감염병 예방을 넘어 암 치료라는 새로운 영역으로 확장되고 있습니다. 여기서 말하는 '암 백신'은 일반적인 예방 접종과는 달리, 이미 암에 걸린 환자의 종양 재발을 방지하고 크기를 줄이는 치료용 백신의 성격이 강합니다. 자궁경부암 백신처럼 바이러스를 막아 암을 예방하는 것이 아니라, 환자 개인의 암세포 특성을 분석해 면역체계가 암세포를 '남'으로 인식하고 공격하도록 훈련시키는 원리입니다. 이는 인류가 암을 정복하기 위해 내놓은 새로운 히든카드로 주목받고 있습니다. 실제 연구 사례에 따르면, 췌장암 환자의 종양을 제거한 후 개인 맞춤형 mRNA 백신을 투여했을 때 유의미한 재발 방지 효과가 확인되었습니다. 환자의 정상 DNA와 암세포 DNA를 대조하여 돌연변이 유전자를 찾아내고, 이에 대응하는 mRNA를 설계해 주입하는 방식입니다. 이렇게 만들어진 백신은 환자마다 다른 암세포 구조에 정밀하게 대응할 수 있어 완전한 개인 맞춤형 치료를 가능하게 합니다. 수술로 제거하기 어려운 미세한 암세포까지 면역세포가 찾아가 공격하므로 재발 위험이 큰 암 치료에 효과적입니다. mRNA 기술의 미래는 예방보다 치료용 백신에 더 큰 무게가 실리고 있습니다. 말라리아, 지카 바이러스, 결핵 등 다양한 질병 퇴치에 기여할 것으로 기대되지만, 해결해야 할 과제도 남아 있습니다. mRNA는 열에 취약하고 체내 효소에 의해 쉽게 분해되기 때문에, 이를 세포까지 안전하게 전달하는 지질 나노입자(LNP) 기술과 저온 유통 체계가 필수적입니다. 또한 개인 맞춤형 제작에 따른 높은 비용 문제도 극복해야 할 벽입니다. 그럼에도 불구하고 mRNA 기술이 보여준 혁신은 암 정복을 향한 인류의 여정에 큰 희망이 되고 있습니다.

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생명과학
융합

[질문Q] 암 백신의 원리가 궁금하다면?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 10강ㅣ뇌의 미래와 인공 자아의 탄생

혈액형은 단순히 수혈을 위한 분류를 넘어 면역 체계의 정교한 상호작용을 보여주는 대표적인 사례입니다. A형, B형, AB형, O형은 적혈구 표면의 항원과 혈장 속 항체의 조합에 의해 결정되며, 이는 외부 물질을 인식하고 방어하는 우리 몸의 기초적인 메커니즘을 반영합니다. 특히 AB형은 항체가 없어 모든 혈액을 수용할 수 있는 반면, O형은 다양한 항체를 보유하여 자기 혈액형만 수용 가능한 독특한 특성을 지닙니다. 이러한 생물학적 차이는 과학적 근거가 부족한 성격 유형론과는 무관하며, 오직 생명 유지에 필수적인 면역 반응의 관점에서 이해되어야 합니다. 생명 현상을 개별적인 유전자나 단백질 단위가 아닌 전체적인 관점에서 바라보는 학문을 '오믹스'라고 합니다. 유전체학을 시작으로 전사체학, 단백질체학, 그리고 당질체학까지 그 범위는 매우 방대합니다. 이러한 방대한 데이터를 통합하여 세포 내의 복잡한 상호작용을 시스템 차원에서 분석하는 것이 바로 시스템 생물학입니다. 이는 단순히 세포 하나를 관찰하는 것을 넘어, 다세포 생명체 내의 기관 간 소통과 신경계의 신호 전달까지 포함하는 거시적인 인체 지도를 그리는 과정이라 할 수 있습니다. 자가면역 질환은 우리 몸의 면역 시스템이 정상적인 세포나 조직을 외부 침입자로 오인하여 공격할 때 발생합니다. 제1형 당뇨병이나 류마티스 관절염 등이 대표적인 사례로, 이는 특정 당 성분의 상태나 단백질의 변형이 원인이 되기도 합니다. 특히 당생물학적 관점에서 볼 때, 세포 표면의 당사슬이 비정상적으로 변하면 면역 세포는 이를 '자기'가 아닌 '비자기'로 인식하게 됩니다. 이러한 복잡한 메커니즘을 규명하고 제어하는 연구는 난치성 질환으로 분류되는 자가면역 질환의 새로운 치료 가능성을 열어주는 중요한 열쇠가 됩니다. 최근 암 치료 분야에서는 암세포에서만 특이적으로 발현되는 당단백질을 활용한 백신 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 암 백신은 예방뿐만 아니라 치료 목적으로도 사용되는데, 특정 항원을 식물체 등에 도입하여 대량 생산한 뒤 주사함으로써 체내 항체 생성을 유도합니다. 이렇게 생성된 항체는 마치 유도탄처럼 암세포만을 정밀하게 타격하여 사멸시키는 능력을 갖추고 있습니다. 이는 기존의 화학 요법보다 효율성이 높고 부작용이 적은 면역 치료법의 일환으로, 환자의 생존 기간을 획기적으로 연장할 수 있는 혁신적인 기술로 평가받습니다. 우리가 섭취하는 포도당은 대부분 에너지원으로 쓰이지만, 그중 일부는 특수한 효소 작용을 거쳐 단백질에 결합하는 활성화된 당으로 변환됩니다. 이러한 대사 과정은 세포의 기능을 조절하는 중요한 신호 전달 체계의 일부입니다. 한편, 우리가 느끼는 단맛의 차이는 혀의 미뢰에 위치한 수용체와 당 분자의 결합력에 의해 결정됩니다. 설탕보다 훨씬 강하게 수용체에 결합하는 아스파탐이나 사카린은 소량으로도 강렬한 단맛을 내는 반면, 결합력이 낮은 녹말은 단맛을 느끼기 어렵습니다. 이처럼 미세한 분자 구조의 차이가 생리적 감각의 차이를 만들어냅니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[강연] 탄수화물의 달콤하고 끈적끈적한 비밀 (4) _ 조진원 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 5강 | 5강 ④

당생물학은 우리 몸의 복잡한 생명 현상을 이해하는 중요한 열쇠입니다. 흔히 혈액형을 결정하는 항원도 적혈구 표면의 당사슬에 의해 결정되는데, 이는 수혈의 안전성을 좌우하는 핵심 요소입니다. 예를 들어 O형은 항체 A와 B를 모두 가지고 있어 다른 혈액형을 수혈받으면 거부 반응을 일으키지만, AB형은 항체가 없어 모든 혈액을 수용할 수 있습니다. 또한 세포 내의 'O-GlcNAc'이라는 당은 세포의 크기와 성장을 조절하는 역할을 하지만, 이것이 인간의 키를 인위적으로 조절하는 마법의 도구는 아닙니다. 성장은 성장 호르몬의 복합적인 작용이며, 당은 그 과정에서 정교한 신호 전달 체계의 일부로 기능합니다. 현대 생물학은 개별 유전자나 단백질을 넘어 전체를 조망하는 '오믹스(Omics)' 시대로 접어들었습니다. 유전체, 단백질체, 당질체처럼 세포 내의 모든 구성 요소를 통합적으로 연구하는 이 분야는 생명체를 하나의 거대한 시스템으로 파악합니다. 시스템생물학은 이러한 방대한 데이터를 바탕으로 세포 간의 상호작용과 기관 간의 신호 전달을 분석하여 인체 지도를 그려나갑니다. 이는 단순히 정보를 나열하는 것이 아니라, 특정 질병이 발생했을 때 우리 몸 전체에서 어떤 변화가 일어나는지 구체적으로 예측하고 대응할 수 있게 해줍니다. 이러한 통합적 접근은 생명 현상의 본질을 규명하는 데 필수적입니다. 자가면역 질환은 우리 몸의 면역 체계가 정상적인 세포를 외부 침입자로 오인하여 공격하는 난치성 질병입니다. 류마티스 관절염이나 제1형 당뇨병 등이 대표적인데, 이러한 오인의 원인 중 하나가 바로 당의 변형입니다. 세포가 비정상적인 당사슬을 만들어 표면에 내보내면, 면역 시스템은 이를 '자기 것'이 아닌 이물질로 인식하게 됩니다. 당생물학은 이러한 변형된 당의 형태를 분석하여 질병의 원인을 밝히고, 항원-항체 반응을 조절함으로써 증상을 완화하는 치료법을 연구합니다. 비록 완치는 어렵더라도, 당의 구조를 정교하게 제어하는 기술은 자가면역 질환 치료의 새로운 희망이 되고 있습니다. 암 치료 분야에서도 당생물학은 혁신적인 변화를 이끌고 있습니다. 암세포는 특정 당단백질을 과다하게 발현하는 특징이 있는데, 이를 항원으로 활용해 암 백신을 개발할 수 있습니다. 암 백신은 우리 몸의 면역 체계가 암세포를 유도탄처럼 정확하게 찾아내어 공격하도록 돕습니다. 특히 식물이나 동물 세포를 이용해 항암 항체를 대량 생산하는 기술은 면역 치료의 효율을 극대화합니다. 우리 몸이 스스로 충분한 항체를 만들지 못할 때, 외부에서 정교하게 설계된 항체를 투여함으로써 암세포만을 선택적으로 제거하는 방식입니다. 이는 생존율을 높이고 부작용을 줄이는 정밀 의료의 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 우리가 섭취하는 포도당은 단순히 에너지원으로만 쓰이는 것이 아닙니다. 섭취된 포도당의 약 3%는 특별한 경로를 통해 활성화된 당으로 변하며, 이것이 단백질에 결합하여 세포의 기능을 조절하는 중요한 신호가 됩니다. 이처럼 당은 생명 유지에 필수적인 대사 과정과 밀접하게 연결되어 있습니다. 1990년대 척박한 환경에서 시작된 국내 당생물학 연구는 이제 세계적인 수준으로 성장하여 질병 치료와 생명 연장의 꿈을 실현해 나가고 있습니다. '달콤하고 끈적끈적한' 당의 세계는 앞으로도 우리가 풀어야 할 수많은 생명의 신비를 간직하고 있으며, 이를 통해 인류의 건강한 미래를 설계할 수 있을 것입니다.

강현아, 고기성, 조진원

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