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Just Because..../Science·Math

드디어 영국에서 화이저-바이온테크(Pfizer-BioNTech)가 개발한 코비드 백신 접종이 시작되다/이 백신은 어떻게 COVID-19을 예방하는가?

by Helen of Troy 2020. 12. 9.

11월 중순에 화이저-바이온테크가 개발한 백신이 드디어 접종에 들어갔다.

 

 

올해 초부터 전 세계가 COVID-19으로 수많은 사람들이 생명을 잃기도 하고,

일터를 잃어서 경제적으로 큰 압박을 받기도 하고, 다양한 제재 조치로 삶의 패턴이 바꼈지만,

여전히 바이러스는 빠른 속도로 퍼져서, 코로나의 위력에 휘둘리고 있다.

거의 1년 가까이 사회적 격리와 손 소독을 하는 것 외에는

이 고약한 바이러스와 맞설 방법이 없어서, 두렵고 암울하게 지냈다.

 

그러던 중, 11월 중순에 독일의 바이온텍-화이자가 효력이 95%나 되는

믿을만한 COVID-19를 예방하는 백신을 개발했다는 희소식이 들렸다.

그리고 며칠 후, 미국의 모더나와 영국의 아스트라제네카에서도

백신 개발에 성공했다는 낭보가 이어져서

길고 긴 터널에서 드디어 한 줄기 서광이 보이기 시작했다.

 

하지만, 이렇게 어렵사리 개발된 백신을 전 세계 지구촌 사람들에게 보급하는 일은

생각보다 실행에 옮기는 일은 백신을 개발하는 일만큼 만만치 않다.

우선 백신은 영하 70도 이하로 보관해야 하는데,

이렇게 엄청 낮은 온도를 유지할 수 있는 장비를 갖춘 비행기 등 수송 기기들의 미비,

그리고 저명한 대형 병원들 중에서도 많은 량의 백신을 보관할만한

거대한 냉동기를 갖춘 병원이 많지 않고,

일단 배달이 된 후에도 빠른 시간내에 접종을 해야 하는 까다로운 조건이 수반된다.

 

그래서 백신을 받기로 한 대형병원들은 배달된 백신이 변질되기 전에

보다 많은 사람들에게 신속하고 탈없이 접종할 수 있는 매뉴얼을 만들어서

'dry run'/예행 연습에 들어갔다.

 

이렇게 전 지구인들이 고대하던 COVID-19 백신이 드디어 12월 8일 아침 6시 31분에

영국 코벤트리에 위치한 병원에서 올해 90세 된 마가렛 키넌/Margaret Keenan 씨가

세계 최초로 백신을 맞으면서, 70여개의 병원에서 근무하는 의료진과

면역력이 약한 80세 이상된 연장자들부터 일제히 백신 접종이 시작되었다.

 

 

 

 

그렇다면, 과연 바이온테크/화이자가 개발한 Covid-19 백신은

우리 몸에서 어떻게 작용해서 병을 예방하는지 알아보자.

 

코로나 바이러스

코로나 바이러스가 인간의 세포 안으로 쉽게 들어올 수 있는 이유는

바이러스 표면이 뾰족하게 생긴 스파이크 단백질/spike proteins로 둘러싸여 있기 때문이다.

백신이나 치료제는 바로 이 스파이크 단백질을 겨냥해서 개발된다.

 

 

화이자/바이온테크가 개발한 백신과 모더나가 개발한 백신 둘 다

바이러스의 유전자 정보와 지시를 토대로 만들어졌다.

 

 

 

지방 거품막 안에 메신저 RNA 보호/mRNA Inside an Oily Shell

백신은 우리 몸체의 세포가 필요한 다양한 단백질을 만들기 위해서

유전자 정보를 제공해 주는 메신저RNA/mRNA를 사용해서 만들어진다.

그런데, 이 mRNA는 아주 취약해서 우리 몸체에 직접 투입이 되면

우리 몸에서 자연적으로 분비되는 효소에 잘게 짤리게 된다.

바이온테크/화이자는 이 취약한 mRNA를 보호하기 위해서

아주 작은 지질 입자/lipid nanoparticles로 만들어진 지방 거품막으로 싸 주었다.

 

 

mRNA는 실온에 급격하게 입자가 파괴되기에,

화이자는 특별한 드라이아이스 컨테이너를 특별제작해야 했고,

아울러 이 컨테이너에 열 센서와 GPS가 부착시켜서

백신이 안전하게 목적지까지 배달이 될 수 있게 했다.

 

 

 

백신이 우리 몸 세포 안으로 투입/Entering a Cell

백신이 일단 우리 몸 안에 들어 오면 우리 몸의 세포들과 부닥치게 되면서

세포와 함께 융합이 되고, mRNA가 방출된다.

우리 몸 세포는 mRNA의 배열 정보(sequence)를 읽게 되고, 스파이크 단백질을 형성한다.

백신에 포함된 mRNA는 자연적으로 세포에 의해서 쉽게 파괴되어서,

우리 몸 안에서 아무런 흔적을 남기지 않는다.

 

 

스파이크 단백질/spike proteins 중에서 일부는 뾰족한 모양의 스파이크를 만드는데

이 스파이크들은 세포의 겉면으로 이동해서 스파이크의 끄트머리가 세포 표면에 튀어나온다.

백신이 흡수된 세포들은 이 단백질을 분해해서 조각으로 바수어 버리는데,

이들 또한 세포 표면으로 이동해서 드러나게 된다.  

이렇게 세포 겉으로 삐져나온 스파이크/the protruding spikes와 

스파이크 단백질 조각/spike protein fragments을 우리 몸의 면역 시스템이 인지하게 된다.

 

 

 

침입자의 발견/Spotting the Intruder

백신이 투입된 세포가 죽게 되면, 그 잔해에 많은 스파이크 단백질과 단백질 조각이 남는데(붉은 조각들),

항원 세포/Antigen-presenting cell라고 불리는 면역세포가(회색 세포) 이 잔해를 받아 들여서

그 단백질을 분해시킨다.

 

 

그리고 항원 세포 표면에 분해된 스파이크 단백질 조각들이 모습을 드러내게 되면,

도움 T-cells/Helper T-cell 세포가 이 단백질 조각을 감지하게 되며,

이 도움 T-cellsd의 경보장치가 작동해서, 다른 면역 세포들을 집결시켜서

바이러스의 감염과 맞서서 싸우게 해 준다.

 

 

 

항체 조성/Making Antibodies

또 다른 면역세포인 B-cells은 백신이 투입된 세포(vaccinated cell:파란색) 표면에 드러난

코로나 바이러스의 뾰족한 스파이크와 단백질 조각의 일부와 충돌하게 된다.

소수의 B-cells는 이 스파이크 단백질(붉은색)과 자물쇠처럼 결속하는데,

이 B-cells가 도움 T-cells의 경보로 활성화되면, B-cells는 갑자기 증식해서

스파이크 단백체를 표적으로 하는 항체(ANTIBODIES)를 다량 방출한다.

 

 

 

 

 

바이러스의 차단/Stopping the Virus

이렇게 만들어진 항체들은 코로나 바이러스의 스파이크에 들러붙어서

이들이 다른 건강한 세포들에게 부착되는 것을 방해해서 세포의 침투를 억제해 준다. 

 

 

 

 

 

감염된 세포를 Killing Infected Cells

항체 세포(The antigen-presenting cells)는 또 다른 면역세포인

킬러 T-cell(Killer T-cell)도 활성화시켜서

스파이크 단백질 조각이 표면에 있는 모든 코로나 바이러스로 감염된 세포들을

추적해서 파괴시키게 해 준다.

 

 

 

 

 

바이러스를 기억하기/Remembering the Virus

화이자-바이온테크 백신은 두 번에 걸쳐서 접종을 권장하는데,

첫 백신 접종 후, 21일 뒤에 면역체가 코로나 바이러스의 기억을 확실시하기 위해서

두 번째 접종을 실시해야 한다.

 

하지만 이 백신이 나온 지 얼마 되지 않아서,

연구진들은 이 백신이 바이러스로부터 언제까지

우리 몸을 보호해 줄지는 모르는 상태이다.

 

백신 접종 후 몇 달이 지나면,  보통 항체와 킬러 T-cells의 숫자가 감소할 가능성이 있다.

하지만 우리 몸의 면역 세포는 메모리 B-cells(Memory B-cells)와 메모리 T-cells라는

특별한 세포가 포함되어 있어서, 앞으로 수년 혹은 수십 년간

코로나 바이러스에 대한 정보 보유가 가능하다.

 

연구팀들이 힘들게 만든 이 백신이

순조롭게 빨리 전 세계에 골고루 제공되어서

오랫동안 빼앗긴 일상을 하루 빨리 되찾기를 간절히 기원합니다.