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- 면역체계에 백신 항원을 제시하는 조작된 피부 박테리아에 의해 가능
- 불과 몇 년 안에, 독감 등에 대한 예방접종 연고가 인간에게도 테스트될 수 있을 것

예방접종: 주사 대신 연고?
일반적인 피부 박테리아가 백신으로 적합할 수 있다

새로운 예방접종 접근법:
지금까지 백신은 대개 주사를 맞아야 효과가 나타난다. 미래에는 단순히 피부에 바르는 것만으로 세균이 함유된 크림이 백신 역할을 할 수도 있을 것이다. 이는 면역체계에 백신 항원을 제시하는 조작된 피부 박테리아에 의해 가능해졌다. 연구팀이 "Nature"에 보고한 바와 같이, 테스트에서 쥐는 원하는 항체를 생산했다. 불과 몇 년 안에, 독감 등에 대한 예방접종 연고가 인간에게도 테스트될 수 있을 것이다. 

▲ 주사를 맞는 대신, 미래에는 크림을 사용하여 백신을 피부에 적용할 수도 있다.

우리 피부에는 다양한 미생물이 살고 있으며, 대부분은 우리에게 무해하다. 여기에는 거의 모든 사람의 피부와 점막에 발생하는 박테리아의 일종인 표피포도상구균이 포함된다. 연구자들은 최근 이러한 유형의 박테리아가 항균 물질을 생성해 다른 세균으로부터 자신을 보호하고 간접적으로 우리를 보호한다는 사실을 발견했다. 또한 인간의 면역체계가 이 피부 박테리아의 특정 표면 특징에 반응해 이에 대한 항체를 형성한다는 초기 징후도 있었다.

면역체계는 피부 박테리아에 어떻게 반응할까?

스탠포드 대학의 Djenet Bousbaine이 이끄는 팀은 이제 이 현상을 더 자세히 조사했다. 생의학 과학자들은 면역체계가 표피포도상구균에 얼마나 강력하게 그리고 어떤 형태로 반응하는지, 그리고 이것이 사용될 수 있는지 알아보고 싶었다. 이를 위해 그들은 피부에 S.epidermidis가 일반적으로 서식하지 않는 생쥐의 두피에 면봉으로 박테리아를 바르고 혈액 샘플을 사용하여 동물의 면역체계가 이에 반응하는지와 어떻게 반응하는지 조사했다.

쥐는 또한 피부 박테리아에 대한 항체를 형성했으며 매우 효과적으로 항체를 형성한 것으로 나타났다. 방어 분자는 표피포도상구균에만 특이적으로 결합하고 다른 피부 박테리아에는 결합하지 않다. 6주 후, 이들 항체는 병원체에 대한 정기 예방접종의 일반적인 농도보다 더 높은 농도에 도달했다. 스탠포드 대학의 수석 저자인 Michael Fischbach는 “마치 쥐에게 백신을 접종한 것과 같다”고 말했다.

우리 인간에게도 예방적 면역반응

연구팀은 또한 인간의 혈액 샘플에서 이 피부 박테리아에 대한 항체의 농도가 높은 것을 발견했는데, 이는 백신 접종 후의 항체 수준과 비슷했다. 이것은 드문 일이다. 일반적으로 우리의 면역체계는 병원체에 대한 항체를 생성하며, 병원체가 우리 몸에 침투한 후에만 생성된다. 그러나 무해한 주요 박테리아인 S.epidermidis의 경우 이러한 반응은 단순히 피부에 존재할 때 발생하는 것으로 보인다.

Bousbaine과 그녀의 동료들은 이러한 방어 반응이 예방 조치 역할을 한다고 의심한다. 이는 피부가 손상되고 박테리아가 우리 혈류로 유입될 경우 면역체계가 더 빠르게 반응할 수 있도록 해준다. 연구자들의 생각에 따르면, 이것이 바로 백신에 사용될 수 있는 예방 효과다.
이를 위해서는 피부 박테리아가 우리의 면역체계가 해당 병원체를 인식할 수 있는 특성을 갖추어야 한다. 면역체계가 이러한 항원에 대해 효과적인 항체를 형성한다면 피부 연고로 사용할 수 있는 백신 제조법을 갖게 될 것이다. 이는 주사 시 통증 때문에 많은 사람이 두려워하는 전통적인 예방접종 주사를 대체할 수 있다.

면역 반응으로서의 두 가지 유형의 항체

하지만 그러기 위해서는 먼저 우리 면역체계가 박테리아의 어느 부분에 반응하는지 정확히 알아야 한다. Bousbaine과 그녀의 팀이 발견한 바와 같이, 항체는 표피포도상구균의 표면에 있는 Aap이라는 단백질에 대해 작용한다. 이는 평균 단백질의 5배 크기이며 나무 모양이다. 결과적으로 연구팀의 동반 연구에 따르면 감시 면역 세포와 접촉하는 경우가 많다. 그러면 이는 혈액 내에서 순환하는 항체(IgG)와 호흡기 점막에서 발생하는 항체(IgA) 등 다양한 항체의 생성을 촉발한다.

“일반적인 호흡기 병원체는 코를 통해 우리 몸에 들어오는 경향이 있다. 현재 백신으로는 이를 예방할 수 없다. 병원균이 혈액에 들어갈 때만 일을 시작한다”고 Fischbach는 설명했다. 반면, 피부 박테리아와의 접촉을 통해 생성된 IgA 항체는 특성에 맞게 프로그래밍된 경우 코의 병원균을 차단할 수 있다.

예방접종 보조제로서의 유전자 변형 박테리아

이것이 가능한지 테스트하기 위해 Bousbaine과 그녀의 동료들은 피부 박테리아를 유전적으로 변형했다. 그들은 박테리아 Aap 단백질에 대한 유전암호의 일부를 파상풍 독소에 대한 지침으로 대체했다. 따라서 피부 박테리아는 표면에 항원으로 이 독의 일부를 운반했다. 그런 다음 연구자들은 이러한 "백신 박테리아"와 표피포도상구균을 변하지 않은 형태로 쥐의 피부에 적용하고 동물의 면역 반응을 비교했다.

실제로 유전자 변형 포도상구균에 감염된 쥐는 파상풍 독소에 대한 높은 수준의 항체를 생성했다. 두 번째 실험에서는 디프테리아 독소의 일부를 운반하는 변형된 피부 박테리아에 대해서도 동일한 결과가 나타났다.

“백신 박테리아”는 치명적인 독을 무해하게 만든다

그러나 중요한 것은 연구자들이 박테리아제(劑)를 사용해 "백신 접종"을 한 쥐에게 치사량의 해당 독극물을 주입했을 때 이 동물들이 중독 증상을 보이지 않았다는 것이다. 그러나 대조 쥐는 죽었다. 생명을 구하는 농도의 항체를 생산하려면 쥐를 2~3회 치료하면 충분했다.

추가 테스트에 따르면 우리나라에서 일반적으로 나타나는 일반적인 표피 포도상 구균의 기존 피부 식민지화는 예방접종의 효과를 손상시키지 않는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면, 이번 실험은 피부 박테리아가 그에 맞게 변형되면 다양한 항원에 대한 인간 백신으로 적합하다는 것을 보여준다.

그러나 박테리아의 유전공학은 복잡하고 논란의 여지가 있다. 따라서 생의학 과학자들은 이러한 유형의 백신에 대한 대체 생산 방법을 테스트하고 원하는 백신 항원을 박테리아 Aap 단백질에 화학적으로 부착했다. 피부에 적용한 이 백신 변종은 생쥐에서도 강력한 항체 반응을 일으키고 중독으로부터 동물을 보호하는 것으로 밝혀졌다.

인간용 예방접종 연고는 언제 나오나요?

그런데 그러한 예방접종 연고가 사람에게도 효과가 있을까?
“우리는 그것이 쥐에게 효과가 있다는 것을 알고 있다. 다음으로 우리는 그것이 원숭이에게도 효과가 있다는 것을 보여줘야 한다”고 Fischbach는 말했다. 이것이 확인된다면, 이 새로운 백신 접종 접근법은 2~3년 내에 인간을 대상으로 한 임상 시험에서 테스트될 수 있다. 이러한 예방접종 연고는 독감, 코로나 등과 같은 바이러스 감염뿐만 아니라 비바이러스성 병원체에도 유용할 것이다. "우리는 이것이 바이러스, 박테리아, 곰팡이 및 단세포 기생충에 효과가 있을 것이라고 믿는다"고 Fischbach는 말했다.

연구자들은 일반적으로 이러한 염증 증상을 유발하는 백신 주사의 일반적인 첨가물인 발열이나 피부 발적과 같은 부작용이 연고에 필요하지 않을 것으로 예상한다.
(Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-08489-4 및 doi: 10.1038/s41586-024-08376-y)
출처: Stanford Medicine

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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