코로나19 때문에 후대에 기억할 두 가지 과학적 사건

권춘봉 이학박사 / 기사승인 : 2021-08-09 00:00:44
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생활 속의 자연과학

‘전쟁이 과학의 발전을 앞당긴다.’는 말이 있다. 역사를 살펴보면 전쟁에서 이기고 전쟁을 더 잘하기 위해 모색하는 중에 과학기술이 발전한 예시가 허다하다. 한 예로 “인터넷”이 있다. 2차 세계대전 후 1970년대 미국은 핵전쟁이 일어나면 적국이 컴퓨터 네트워크를 공격할 것에 대비해 전국의 컴퓨터를 통신망으로 연결하고 일부가 파괴더라도 나머지 컴퓨터는 작동할 수 있도록 하는 기술을 만들었다. 개발기관의 이름을 따‘아파넷’이라고 명명했다. 이것이 민간 부분으로 넘겨져 현재 전 세계적으로 사용하는 인터넷(Internet)이 됐다. 


최첨단의 과학기술을 발전시키는 것은 또 있다. 바로 현재 코로나19와 같은 전 세계적인 팬데믹 속에서 mRNA 백신의 개발, 공급이 그것이다. 그에 대한 두 가지 사례를 짚어본다. 


첫째는, mRNA 백신의 개발이다. mRNA를 이용한 백신을 인간에게 투여한 것은 이번 코로나19가 최초다. 코로나19 사태 이전에 mRNA 백신 연구는 암 백신 개발에 목적을 두고 이뤄져 왔지만 이론적으로만 가능했다. 


인체에 퍼져있는 면역세포는 문제가 있는 비정상적인 세포가 만들어낸 단백질을 감지해 침입자임을 판단하고 면역반응을 일으킨다. 암세포가 만드는 단백질의 유전정보를 담은 인위적인 mRNA라는 메신저를 체내에 투여하면 암 특이적인 단백질이 체내에서 생성된다. 이때 면역세포가 “간접체험”을 하고, 이후 면역세포가 암 단백질만을 인지해 암세포를 파괴하는 방식이다. 암세포의 유전정보만 알면 맞춤형으로 개발할 수 있다. 이렇게 연구되던 것이 단시간에 전 세계에 감염자와 사망자를 낸 코로나19 백신으로 긴급히 개발된 것이다. 지난 2020년 1월 10일, 코로나19를 일으키는 바이러스인 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 유전자 정보가 공개된 후 주요 백신 제조사에서는 이 유전자 정보를 갖고 신속하게 mRNA 백신 개발에 착수했다. 실제 모더나에서는 1상 임상실험에 필요한 백신을 만드는 데 25일이 걸렸다. 이는 그동안 mRNA 백신 개발에 필요한 백신 구조와 제조 방법이 연구돼 오고 있었기 때문에 가능한 일이었다. 


mRNA 백신의 구조를 살펴보자. 인체라는 형태는 DNA라는 구조물 속에 A, G, C, U라는 4가지 단위체들이 세 개씩 나열된 방식에 따라 유전정보로 나타나게 된다. 곱슬머리, 직모, 흰 피부, 검은 피부 등이 모두 이 유전정보에 의해 표현된다. 이 정보가 DNA이고 이 정보를 복사해서 단백질을 만들 수 있도록 중간에 메신저 역할을 하는 것이 mRNA다. 백신에 사용되는 mRNA는 체내 mRNA를 모방해 인공적으로 만든 것이다. 이것이 백신이 되려면, 자연적인 염기서열 부분과 인공적인 서열 부분을 잘 교체해야 하고, 주형이 되는 DNA의 설계가 잘 이뤄져야 한다. 또, 이 mRNA가 세포 안으로 들어갈 때, 체내의 RNA 분해 효소에 의해 분해되지 않도록 보호장치가 필요한데, 현재는 지질나노입자 기술이 가장 널리 사용된다. mRNA 백신의 구조가 이러하니, 해당 질병의 유전자 염기서열만 정확히 알면 그 부분만을 교체할 수 있기 때문에 플랫폼만 구축되면 신속하게 생산할 수 있다. 나아가 같은 이유로 변이 병원체에 대해서도 유연하고 빠르게 백신을 개발, 생산할 수 있다. 


두 번째로, mRNA 백신의 공급이다. mRNA 백신의 초기 개발 시점에서는 배송 또한 미지의 영역이었다. 미국, 독일 등에서 생산하는 백신을 세계 각국으로 배송해야 하는데 모더나 백신은 냉동고에서 보관해야 하고, 화이자 백신의 경우 -70℃를 유지하며 유통해야 한다. 한 회사의 공장에서 전 세계의 수요에 맞춰 백신을 생산해 낼 수 있는 규모도 문제이지만, 배송하는 것도 큰 문제였다. 제롬김 사무총장은 "백신을 생산하면 도즈를 필요한 지역으로 비행기로 이송하지만 현재 비행기는 생산 지역부터 접종 지역까지 백신을 이송할 수 없다. 2도에서 8도의 차이가 중요한 문제가 될 수 있다"고 말한 바 있다. 하지만 현시점에서 한국만 해도 많은 수의 사람들이 mRNA 백신을 투여하고 있다. 1년 전 확신할 수 없었던 영역이 급속도로 발전하고 있다는 증거다. 백신을 최적의 상태로 유지해 유통시키기 위해 수송 비행기, 물류센터, 냉동트럭, 초저온 냉동, 냉장고 등의 도입이 빠른 속도로 일어나는 것이다. 저온을 유지시킨 상태에서 물품을 유통하는 과정을 말하는 콜드체인은 미국에서 시작해서 2차 세계대전 후에 급속히 발전했다. 콜드체인 유지가 핵심인 백신의 배송과 보관의 전 과정은 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 기반 통합관제센터 구축으로 온도 유지와 배송 위치 추적 등을 실시간으로 관리 한다(코로나 예방 접종 사이트). 사물인터넷이란 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장해 인터넷에 연결하는 기술이다. 인터넷을 통해 무선통신으로 연결된 사물들이 데이터를 주고받아 스스로 분석하고 학습한 정보를 사용자에게 제공하거나 사용자가 이를 원격 조정할 수 있는 인공지능 기술이다(정빛나, 2016). 모든 사물이 바이러스와 해킹의 대상이 될 수 있어 사물인터넷의 발달과 보안의 발달은 함께 갈 수밖에 없는 구조다. 또한, 이에 따라 △성능 △안전 △지속가능성 △비용 등을 고려한 콜드체인 차세대 냉매 동향도 새로운 연구주제로 대두됐다.
전쟁이 과학의 발전을 앞당겼고, 코로나19와 같은 세계적 대유행도 과학의 발전을 앞당겼다. 인체과학 전반의 발달뿐 아니라 통신기술도 급속도로 발달하고 있다. 나아가 제도(system)도 더 발달하게 될 것이다. 현시점, 전 세계의 코로나19로 인한 사망자는 427만2282명에 이른다. 비록 살아남은 자들만이 그러할 수 있지만 우리는 오늘도 역사의 현장을 눈앞에서 지켜 보고 있다. 인류 현장 패러다임의 큰 전환점이라는 파도를 타고.

참고문헌
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%B8%ED%84%B0%EB%84%B7
Pardi, N., Hogan, M. j., Porter, F. W., Weissman, D., 2018. mRNA vaccines — a new era in vaccinology. Nat Rev Drug Discov., 17(4): 261~279.
대한민국 정책브리핑. https://www.korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148889218
정빛나. 사물인터넷도 DIY 시대, 레고처럼 조립하는 제품 등장. 연합뉴스. 2016년 11월 6일.

권춘봉 이학박사

 

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