mRNA 기술의 등장, 바이오의약품의 새로운 길을 제시

안녕하세요. 바이오길라잡이입니다.

이번 글은 mRNA 백신과 더불어 새롭게 많은 관심을 받고 있는 mRNA 기술에 대해서 많은 분들이 알기 쉽도록 글을 적어보고자 합니다. 팬데믹 상황에 더불어 mRNA 기술은 정말 한순간에 많은 관심을 받게 되었습니다. 이러한 급작스런 변화는 바이오의약품 산업에 많은 영향을 미쳤으며, 의약품 개발 트렌드에 있어서도 판도를 바꾸는 계기가 되었습니다.

 

1. mRNA를 소개합니다.

mRNA 기술 설명에 앞서 도대체 mRNA는 무엇일까요? mRNA는 Messenger RNA의 약어로 말 그대로 메신저로서 정보를 가지고 있는 분자라고 생각하면 됩니다. 일반적으로 분자생물학적인 관점에서 보면 유전정보는 DNA라는 분자가 최초에 가지고 있으며 일련의 과정을 통해서 RNA라는 분자로 변하게 되는데, 이때 생성 되는 대표적인 RNA가 mRNA입니다. DNA가 가지고 있는 유전정보는 결국 단백질이라는 실제 활동을 하는 분자로 바뀌어 기능을 가지게 되는데 단백질로 변하기 위한 중간단계 산물이 바로 RNA입니다. 즉 다시 말하면 DNA의 유전정보를 가지고 있으면서 단백질로 변하기 전의 물질이 mRNA라고 생각하면 됩니다.

 

2. mRNA 기술은 무엇인가?

앞서 설명드린 대로 mRNA는 유전정보를 가지고 있는 물질입니다. 이것을 다시 해석해 보면 어떤 특정 유전정보를 조합하여 넣을 수 있다면 특정 병에 대해 치료할 수 있는 단백질을 만들 수도 있으며 혹은 면역시스템을 활성화시켜서 병원에 대한 강한 내성을 가질 수 있도록 하는 것이 가능합니다. 이러한 장점에서 비롯된 것이 바로 팬데믹 상황에 최고의 solution으로 떠오른 mRNA 백신입니다. 간단한 기작에 대해서 설명드리면 원하는 유전정보가 포함된 mRNA를 만들어서 이것을 안전하게 인체 내로 주입하여 세포 내로 mRNA가 들어가면 세포 내 여러 소기관들에 의해서 이 mRNA는 단백질로 변하게 되고 이러한 단백질은 직접적으로 병원체에 작용하거나 세포 표면에 드러나면서 면역작용을 유도하는 역할을 하게 됩니다. 

 

3. mRNA는 어떻게 만드나요?

mRNA는 바로 만들 수 있는 분자가 아닙니다. 이 글 처음에 mRNA에 대해서 설명드릴 때 언급한 DNA가 있어야지만 mRNA를 만들 수 있습니다. mRNA를 활용하여 치료제를 개발할 때에는 선행적으로 DNA를 많이 만들 수 있는 생산기술을 가지고 있어야 합니다. 이 DNA에 치료 목적의 단백질 유전정보가 들어가 있는 유전자를 삽입하여 mRNA 분자에서도 이 정보를 포함할 수 있도록 디자인하게 됩니다. 일반적으로 DNA 유전정보 조작은 이미 많은 기술들이 발전하여 난이도가 어려운 작업은 아닙니다만, 특허나 여러 가지 다른 요소들에 의해서 디자인 측면에서 고려되어야 할 사항은 매우 많은 것으로 알려져 있습니다.

 

4. mRNA를 위한 DNA는 어떻게 생산하나요?

대량의 DNA 생산은 보통 미생물을 이용하는 경우가 대부분입니다. 대장균으로 많이 알려진 E.coli와 같은 미생물을 활용하여 생산을 많이 하는데, 여기서 혹시 바이오의약품에 대해서 관심을 가지고 계신 분이라면 이런 생각이 들 수 있습니다. "바이오의약품은 대부분 미생물이 아니라 세포를 이용하는데 왜 DNA 생산은 미생물로 하는 거지?"라는 생각을 가지시는 분들이 계실 것 같습니다. 항체나 단백질 치료제와 같이 바로 치료제로 사용하는 경우에는 당연히 세포 특히 포유세포를 이용해야 합니다. 간략히 이유를 설명드리면, 인간도 굳이 크게 분류를 하자면 포유류에 해당합니다. 포유세포를 이용하는 이유는 사람 몸에 있는 많은 세포가 만들어내는 단백질의 구조와 포유세포가 만들어내는 단백질의 구조는 거의 유사합니다. 그렇기 때문에 포유세포를 이용하여 단백질과 항체를 만들어서 사람 몸에 주사하여도 외부물질로 인식하여 생기는 면역작용에 대한 우려를 불식시킬 수 있습니다 (물론, 이 설명은 중간의 다른 과정들을 다 생략하고 결론적으로 이해하기 쉽도록 설명한 글이므로 이점 참고해서 읽어주세요). 반면에 미생물의 경우 동일한 유전자를 가지고 미생물에서 단백질을 만들어 낸다면, 미생물이 가지고 있는 단백질을 만드는 기관들이 일반 포유세포와는 완전히 다른 구조를 가지고 있기 때문에 만들어내는 단백질 역시 사람 세포가 만들어내는 단백질의 구조와 매우 다릅니다. 그렇기 때문에 약품으로 활용하기 위해서는 사람 몸에서 외부물질로 인식하지 않도록 하는 과정을 추가적으로 거치고 진행되어야 합니다. 

자 그럼, 다시 본론으로 들어와서 왜 DNA 생산은 미생물을 이용하냐면, 세포에 비해서 성장하는 속도가 매우 빠르기 때문입니다. 보통 세포의 경우 세포 하나가 2개로 분화되는데 걸리는 평균적인 시간은 약 24시간이며, 미생물의 경우 미생물 하나가 2개로 분화하는데 평균 20분 정도 걸립니다. 세포에 비해서 72배 정도 더 빠른 속도로 생장하므로, 세포를 활용하여 14일씩 배양하여 DNA를 얻는 것보다는 미생물을 활용하여 약 1~2일만 배양하여 훨씬 더 많은 수를 얻을 수 있습니다. DNA의 경우 단백질과는 다르게 어떤 변형 과정 없이 미생물 안에서 모습 그대로 존재하기 때문에 다른 추가적인 공정이 필요 없습니다.

 

5. 바이오의약품 개발에 미치는 영향

지금까지 바이오의약품을 주도한 주요한 도구는 바로 '세포'였습니다. 하지만 mRNA 기술이 등장하면서 그동안 많은 관심을 받지 못하고 있던 미생물이 떠오르고 있습니다. 미생물은 사실 바이오를 전공하신 분들은 알겠지만 생명공학의 역사에 있어서 매우 큰 역할을 한 도구였습니다. 빠른 생장을 통해 DNA를 확보하는데 많은 공헌을 하였으며, 세포에 대한 많은 연구가 진행되기 이전 미생물을 이용한 많은 기술과 생명공학 이론들이 배출이 되었습니다. 하지만 항체가 등장하고 바이오의약품의 트렌드가 세포로 빠르게 옮겨지면서 미생물은 그동안 많이 배제되어 왔지만, 이제는 다시 그 수요가 증가되는 것을 저도 많이 느끼고 있습니다. 

 

6. mRNA기술의 현재 상황

팬데믹 상황이 정리가 되면서 관심도가 많이 떨어진 것이 사실입니다. 하지만 기업들 입장에서는 mRNA 기술을 마다할 이유가 없기 때문에 연구의 파이프라인으로는 가지고 있지만 실제로 현재 성과를 내고 있는 경우는 사실 없다고 봐도 될 것 같습니다. 글로벌 상황도 마찬가지로 개발에 대한 당위성은 인지하고 있으나 아직 괄목할만한 성과는 mRNA 백신 이후로는 찾아보기 힘든 상황입니다. 그리고 mRNA 기술 자체가 많이 알려져 있지 않고 개발에 대한 데이터를 계속 쌓고 있는 중입니다. 특히 mRNA를 세포까지 안전하게 전달해야 하는 기술의 경우 비용적인 부분과 기술적인 부분이 같이 조합이 되어야 좋은 성과가 나오는 부분인데, 이 과정에 대한 연구가 아직은 일부 기업에서 접목하기 힘든 수준이 아닌가 생각됩니다. 하지만 현재 추이로 봤을 때, '호랑이가 풀숲에 숨어서 사슴을 사냥하기 위해서 숨죽여 대기하고 있는 상황?' 정도로 비유할 수 있을 것 같습니다. 곧 이 기술은 바이오의약품 개발에 있어서 매우 주요한 기술로 자리 잡기 바로 직전의 숨 고르기 정도라고 생각이 됩니다. 다만 계속 말씀드리지만 현재 세계 경제 상황이 녹록지가 않아 여러 투자에 대한 문제가 겹쳐지면서 잠시 쉬어가는 추세라고 말씀드릴 수 있을 것 같습니다.