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Just Because..../Science·Math

화이저/바이온텍 코비드-19 백신은 과연 어떤 과정을 거쳐서 생산되는가?/How Pfizer-BioNTech Makes Its COVID-19 Vaccine?

by Helen of Troy 2021. 5. 9.

 

 

 

화이저/바이온텍 회사가 개발한 코비드 19 백신의 생산과 테스트 과정은

총 60일이 소요되는데,

어떤 과정을 거쳐서 우리가 백신 주사를 맞을 수 있는지 알아보자.

 

 

 

  STEP 1  

Pull DNA from Cold Storage/냉동된 코로나 바이러스 DNA 준비

 

 

한 과학자는 화이저에서 생산되는 모든 코비드 백신의 재료가 되는 DNA가 담긴

작은 약병들을 마스터 세포 뱅크에서 꺼낸다.

이 약병에는 플라스미드/plasmids 라고 불리는 DNA 고리가 포함되어 있으며

영하 150도 이하에서 보관되고 있다.

 

각 플라스미드/plasmid는 코로나 바이러스 유전자가 포함되었으며,

인간의 세포가 코로나 바이러스의 단백질을 생성해서

바이러스에 대응하는 면역 반응을 불러 일으키는 지시가 담겨 있다.

 

이 플라즈미드를 녹인 다음,

콜라이/E. coli 박테리아가 플라스미드를 

박테리아 세포 안에 들어오게 하도록 변형시켜 준다.

 

 

이렇게 준비된 각 작은 약병 하나에 최고 5천만 번의 백신 접종할 수 있는 분량이 생산된다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 2   

Grow the Cells/박테리아 세포의 증가

 

 

이렇게 변형된 E. Coli 박테리아를 소독을 한 후 따스하고

영양분이 포함된 플라스크에 옮겨서

박테리아 숫자를 증가시킨다.

 

 

 

 

 

 

 

   STEP 3   

Ferment the Mixture/발효

 

 

증가된 박테리아를 하루 밤 사이에 키운 후

영양분이 포함된 300 리터 크기의 커다란 용기에 옮겨 담아서 발효시킨다.

 

이 용기에 변형된 박테리아들을 4일간 두고 발효시키면,

20분마다 두배로 증가해서, 몇 조에 달하는 플라즈미드가 만들어진다.

 

 

 

 

 

 

 

   STEP 4   

Harvest and Purify the DNA/DNA 정제

 

 

발효 작업이 마무리되면, 과학자들은 박테리아의 세포막이 터져서

그 안에 증가된 플라즈미드를 방출할 수 있는 화학물질을 추가한다.

 

그리고 정제 작업을 통해서 박테리아는 제거하고 플라즈미드만 축출하는 정제  공정을 거친다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 5   

Test for Quality/플라즈미드 순도 테스트

 

 

정제된 플라즈미드의 순도를 테스트 한 다음, 코로나 바이러스의 유전자 배열과 동일한지도 테스트한다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 6   

Cut the Plasmids/플라즈미스 절단

 

 

플라즈미드가 테스트를 통과하면, 엔자임(효소)/enzymes라고 불리는 단백질을 추가해 주면,

이 엔자임이 원으로 생긴 플라즈미드를 절단해서  둥그런 코로나바이러스 유전자가

똑바른 모양으로 분리가 된다.

 

이 과정은 linearization/선형화라고 하며,

약 이틀간의 시간이 걸린다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 7   

Filter the DNA/DNA 필터

 

 

6차 과정에서 남은 박테리아나 플라즈미드 조각들을 필터 시켜서 제거하면,

1 리터 병에 채울 수 있는 정제된 DNA를 확보된다.

 

7 과정에서 생산된 DNA의 배열/DNA sequences 가 정확한지 재확인 과정을 거치면,

다음 백신 생산 때에 사용할 기초 재료로 사용하게 된다.

7 과정을 거쳐서 생산된 DNA는

약 150만 회를 접종할 백신이 준비된다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 8   

Freeze, Pack and Ship/냉동, 포장 & 운송

 

 

7 과정에서 준비된 약병은 냉동 과정을 거쳐서 

밀봉한 후 포장한 다음에 운송 중에 온도를 지속적으로 측정할 수 있는 모니터가 부착시킨다.

 

 한 컨테이너에 최고 48개의 약병을 넣고

영하 20도를 유지할 수 있게 드라이아이스를 추가한다.

마지막으로 오염 방지를 위해서 잘 밀봉시킨 다음,

백신의 핵심인 메신저 RNA/mRNA가 생산되는 곳으로 보내진다.

 

 

미국에서는 1-7 과정들은 미주리주 체스터필드에서 완성되면,

미국 내에서 사용될 백신은 매사추세츠 주 앤도버로 보내지고,

유럽과 다른 지역에서 사용될 백신은 바이온테크 제약회사가 위치한

독일의 마인츠로 보내진다.

 

 

 

 

 

 

 

   STEP 9   

Transcribe the DNA into mRNA/메신저 RNA 베끼기

 

앤도버 제약회사에 보내진 약병 5개를 하루 동안 해동시킨 후,

메신저 RNA의 기초소재와 믹스한다.

수 시간 동안, 효소/enzymes들이 DNA 원형/templates 안으로 뚫고 들어가서

유전자 배열을 베껴서 메신저 RNA/mRNA 가닥을 만든다.

 

이렇게 베껴진 mRNA로 완성된 백신을

인간의 세포 안으로 투입하면,

코로나바이러스 유전자를 읽으면,

코로나 바이러스 단백질/proteins을 만들어 낸다.

 

이 과정을 마친 다음 저장 탱크로 옮겨져서

필터 과정을 통해서 부적절한 DNA, 효소와 기타 다른 이물질을 제거한다.

필터 과정을 마치면, 약 7백50만 회 분량의 백신이 만들어진다.

 

 

메신저 RNA/mRNA 생산과정

 

 

 

 

 

 

  STEP 10   

Test the mRNA/메신저 RNA 테스트

 

 

화이저-바이온테크 백신은 세계 최초로 mRNA 분리에 성공해서

위급 상황에 처한 환자들부터 우선 접종이 허가된 백신이다.

 

과학자들은 위의 9 과정에서 얻어진 메신저 RNA/mRNA를

지속적으로 순도를 테스트해서

코비드-19의 유전자 배열이 정확한지 확인한다.

 

10 과정을 거치면 코로나 바이러스 mRNA가 담긴 10개의 백이 생산된다.

각 백의 부피는 16 리터이며,

75만 회 분의 백신을 만들 수 있는 원료가 된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

   STEP 11   

Freeze, Pack and Ship (Again)/두 번째로 냉동, 포장 & 운송

 

 

10 과정에서 완성된 백은 영하 20도에 다시 냉동시킨 후,

백신의 최종 공정인 작은 약병/vials으로 제조할 수 있는 장소로 옮겨진다.

(미국에서는 화이저 시설이 위치한 미시건 주의 칼라마주에서 이 공정이 진행된다.)

 

이렇게 만들어진 vials는 다시 체스터필드 소재로 보내져서

백신의 성분을 최종적으로 테스트를 거친다.

 

 

앤도버 플랜트에서는 1주에 20개의 백을 생산할 시설을 갖추었는데,

작년 7월에 최초로 위의 과정을 모두 거친 백신을 테스트했다.

독일 마인츠 플랜트에서도 체스터필드에서 동일한 과정을 거친 백을 필터 한 후

벨지움, 푸르스/Puurs 플랜트로 보내져서 이 과정을 거친다.

 

 

 

 

 

 

 

   STEP 12   

Prepare the mRNA/mRNA 준비

 

냉동된 mRNA를 받은 칼라마주에서는 필요한 양만 해동시켜서

3백6십만 회 분의 백신을 생산한다.

그리고 녹여진 mRNA는 접종이 가능하게 물이 추가된다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 13   

Prepare the Lipids/지질 준비

 

과학자들은 메신저RNA를 보호하기도 하고,

인간 세포 안으로 쉽게 침투되는 것을 돕기 위해서

지질/lipids를 준비한다.

 

준비된 지질은 에타놀/ethanol을 추가해서 믹스해 주는데,

후에 이 추가된 에탄올은 제거된다.

 

 

 

 

 

 

 

   STEP 14   

Assemble the mRNA Vaccine/mRNA 조합

 

16개의 펌프를 사용해서 mRNA와 지질을 지속적으로  정확한 분량을 투입해서

 지질 나노분자/Lipid nanoparticles를 생산한다.

 

지질들이 mRNA와 만나면, 순식간에 mRNA 가닥을

몇 겹으로 둘러쌓아서(Lipids enveloping mRNA)

백신의 핵심인 rRNA을 보호해 주게 한다.

 

이렇게 생산된 Lipid nanoparticles 은 위에 추가된 에탄올을 제거하고,

불필요한 이물질을 최종적으로 제거하고 소독해 준다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 15   

Prepare the Vials/약병 준비

 

수만 개의 약병을 닦고 고온에 소독시킨다.

이 과정은 13개의 고속도 카메라가 각 병마다 100번 이상의 사진을 찍어서

소독과정을 체크하는데

금이갔거나, 깨진 조각이 있는 약병은 제거된다.

한편 다른 기계를 사용해서 사용될 약병을 진공상태에서

새 나가지 않는지도 확인한다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 16   

Rush to Fill the Vials/약병에 백신 담기

 

소독된 약병이 한 줄로 이동하면서,

약방 하나마다 농축된 백신 0.45 ml 이 주입된다.

이 분량을 희석하면 6회 백신 접종분이 만들어진다.

이렇게 준비된 약병은 알루미늄 포일로 봉인한 후

보라색 뚜껑을 덮으면 백신이 완성된다.

이 과정에서 1분에 575 약병이 만들어진다.

 

이 과정은 차가운 백신 용액으로 시작하지만,

약병 준비 과정에서 온도가 빨리 상승하게 되는데,

빨리 과정을 마치지 않으면, mRNA 질이 악화될 수 있기에

46시간 내에 액체 상태로 공정을 마쳐야, 저온에 냉동할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

   STEP 17   

Package, Freeze and Test/포장, 냉동 & 테스트

 

완성된 약병에 담긴 백신은 재검사를 마치고

라벨을  병에 붙인 후, '피자 박스'라고 불리는 플라스틱 트레이에

195개의 약병을 담아서 이 피자박스를 5겹으로 포갠다.

 

이런 트레이를 300개를 저장할 수 있는 거대한 냉동고에 넣어서

장기 저장이 가능한 영하 70도까지 내려가게 이틀간 냉동시킨다.

영하 70도로 냉동되면, 추가적인 테스트를 위해서 4주 동안 보관한 후,

mRNA를 생산한 앤도버와,

DNA 템플레이트를 생산한 체스터필드로 다시 보내진다.

 

 

현재 화이저-바이온 테크 측은 백신 제작 기간을

60일간으로 정해놓고 생산라인을 가동하고 있는데,

이 중에서 반 이상은 백신의 테스트하는 데 소요하고 있다.

 

 

 

 

 

 

   STEP 18   

Pack and Ship the Finished Vaccine/완성된 백신 포장과 배송

 

수 주 동안 테스팅을 하면, 드디어 필요한 곳으로 배송할 수 있게 된다.

배달하는 이들은 영하 70도의 냉동고에서 일정한 온도를 유지하며

이동 경로를 추적할 수 있는 센서가 달린 배송 박스에 넣고 배달 작업에 들어간다.

 

매 배송 박스마다 45 파운드에 달하는 드라이아이스를 넣어서

저온을 유지시켜 준다.

 

올해 4월 22일까지 1억 5천만 회 접종할 양에 달하는 백신을 미국에 공급되었고,

5월 말까지 2억 2천만, 7월 중반까지 3억 회 분의 백신이 공급될 예정이다.

 

 

 

 

 

 

 

   THE LAST STEP   

Administer the Vaccine/접종 실시

 

4월 말까지 미국 인구의 반이 넘는 1억 5천만 명의 미국 시민에게

최소한 1회 백신 접종을 마쳤고,

전 세계적으로는 10억 회  이상 달하는 접종을 실시했다.

 

 

 

 

 

 

   NEXT STEPS   

A Vaccine for Variants/코로나 변종 바이러스 백신 개발

 

그동안 코로나 바이러스의 다양한 변종이 생기면서

바이러스가 전보다 더 강하게 인간의 세포에 결합해서 

인간의 면역시스템이 제대로 발휘하지 못하는 상태로 변화 중이다.

 

이런 변종 바이러스를 예방하기 위해서

화이저와 바이온테크 사는 백신 대량생산을 위해서

지속적으로 연구에 박차를 가하고 있다.

 

 

 

 

 

이렇게 60일간 18번의 공정을 거쳐서 드디어 코비드 19 백신이 완성된다.

 

 

 

기대했던 것 보다 많은 공정 과정이 필요하고

그 과정 절반이 품질관리라는 사실이 새삼 놀라웠고,

아울러 이 백신을 빠른 시일내에 개발하기 위해서

밤 낮으로 연구에 정진한 바이온테크의 우구르 사힌 박사와그의 아내 외즐름 튀레치 박사에게 다시 한 번 경의와 감사하는 마음이 든다.

 

이 두 과학자들 덕분에 개발된 백신으로 미국과 캐나다 그리고 서 유럽 국가들은

40세 이상된 사람들에게 최소한 첫 백신을 접종을 마치고,

2차 접종과 12세 이상의 모든 이들에게 첫 백신 접종에 들어가서

코로나 바이러스의 위험에서 일단 벗어나게 되어서

지난 1년동안 지속되었던 불안을 덜게 되어서 천만 다행이다.

 

선진국들 중에서 제일 접종이 더딘 한국도

하루 빨리 백신 접종을 공급되어서 백신 접종이 조속하게 실시되어서

예전의 일상을 돌아가는 첫 걸음을 내디딜 수 있기를 간절히 기원해 본다.