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Just Because..../Science·Math

2023 노벨 생리의학상 수상자: 카탈린 카리코 & 드류 와이스먼/Katalin Karikó and Drew Weissman/Nobel Prize in Physiology or Medicine

by Helen of Troy 2023. 10. 3.

드류 와이스먼과 카탈린 카리코/Drew Weissman and Katalin Karikó. 

Photograph: Peggy Peterson

 

스웨덴 왕립 아카데미 노벨위원회는 2023년 노벨 생리의학상 수상자로

헝가리 태생 미국인 과학자이며 현 독일 바이온텍 제약회사의

수석 부사장인 카탈린 카리코 /Katalin Karikó 박사와

미국 펜실베이니아대학교 의대 교수인 드류 와이스먼( Drew Weissman)을 선정했다.

 

이들이 2020년 초반에 개발한 뉴클리오사이드 염기/necleoside base 변형 기법으로

메신저리보핵산/mRNA이 인체의 면역 체계와 어떻게 상호 작용을 하는지에 대한 이해로

획기적이며 근본적인으로 변화시켜서

근래에 유래 없이 전 세계를 공포에 몰아넣은 코비드 19에 대항할 수 있는 

효율적인 백신을 빠른 시간 내에 개발할 수 있게 한 업적으로

올해 노벨 생리의학상 수상자로 선정되었다고 10월 2일 발표했다.

 

이들은 부상으로 상금 11,000,000 크로너를 나누어 가지게 되었다.

 

일반적으로 백신은 인위적으로 합성한 바이러스 단백질을

대거 생성하도록 유도하는 유전자 메시지를 세포 안으로 투입해서 

인체의 면역 세포들이 바이러스와 대항해서 질병을 이겨낼 수 있게 한다.

 

하지만 초기 단계의 합성된 mRNA 원형으로 제조된 백신은

염증을 유발하게 해서, 백신으로 사용하기에 부적합했다.

 

이런 부작용을 없애기 위해서 오랜 연구 끝에

카리코 박사와 와이스먼 박사는 화학적으로 살짝 변형된

화합물을 개발해서 mRNA에 주입한 결과

바람직하지 않은 염증 반응을 제거했을 뿐 아니라

필요한 표적 단백질 생성의 커다란 증가를 가져다주었다.

이들의 획기적인 기법은 파이저 제약회사와

모데르나 제약회사가 효율적인 코로나 백신 제조의

토대가 되었다.


카리코 박사는 헝가리의 세게드 대학교/University of Szeged와

펜실바니아 대학교의 의대교수, 그리고

독일의 제약회사 BioNTech/바이온텍의 부사장직을 역임하고 있다.

이처럼 획기적인 연구로 코비드로부터 수많은 인명을 구한 그녀도

수십 년간 그녀의 연구에 대한 불신으로 90년도 중반에는

펜실바니아 대학교에서 좌천되기도 했지만,

그에 굴하지 않고 연구를 계속해 왔다.

카리코 박사는 헝가리 중부에 위치한 솔녹/Szolnok에서 태어나서
수도도 없고 냉장고나 텔레비전이 없이 성장했다.

그녀는 세게드 소재 헝가리 과학 아카데미에서 

1985년에 포스트닥/postdoc 학위를 얻은 후,

연구비 지원도 없고, 연구 환경도 열악해서

소유하던 차를 팔고, 딸의 곰 인형 속에 돈을 넣어서

거의 맨 몸으로 미국 필라델피아로 이주해서

1989년에 펜실바니아 대학교의 교수로 임명되어서

2013년까지 재직했다. 

 

그녀는 현 필라델피아 소재 펜실바니아 대학교 페럴먼 의대의

백신학 교수로 재직 중인 와이스먼 교수를 1990년대 후반에

만나서 관심 분야가 비슷해서 함께 연구 파트너가 되기로 했다.

 

이들은 우선 와이즈먼 박사에게 할애된 연구비로

메신저 리보핵산/mRNA이 치료제로 사용될 수 있는지에

대한 가능성에 관해서 연구를 시작했다.


한편, 드류 와이스먼 박사는 1959년,

미국 매사추세츠주의 렉싱턴에서 태어나서

1987년에 보스턴 대학교에서 박사학위를 받았다.

그 후 그는 하바드 의대와 NIH에서 포스트닥 학위를 받았고,

1997년에 펜실바니아 대학교의 퍼렐 먼 의대 연구소를 설립했으며,

현재 Penn institute for RNA Innovations의 연구소장으로 일하고 있다.

 

 

Vaccines before the pandemic/코비드 판데믹 이전의 백신

백신은 특정한 병원체에 대해서 우리 신체의 면역체를 활성화시켜 준다.

그래서 처음으로 침투한 병원체는 물론 이후에도 같은 병원체에 대해서

이미 형성된 면역체 시스템이 질병으로부터 우리를 보호해 준다.

 

근래에 들어와서 분자 생물학이 발달되면서

바이러스 전체가 아니라 각 바이러스 구성 요소인

주로 바이러스 겉면에 소재한 단백질의 유전자 코드를

토대로 벡터/vector 백신이 개발되게 되었다.

그 예로 난치병인 B형 간염 백신, 에볼라 백신,

유두종바이러스 백신등은 우리 몸에 투입되면

우리 몸이 특정된 바이러스 단백질이 형성되어

표적 바이러스를 대항할 수 있다.(아래 그림 참조)

Fig 1

Methods for vaccine production before the COVID-19 pandemic. 

Ill. Mattias Karlén

 

 

mRNA vaccines: A promising idea/메신저 리보핵산 백신

모든 생물의 세포 안의 유전자 코드는 메신저 RNA(mRNA)에게

부호화되어서 넘겨주면, 이를 바탕으로 단백질 생산된다.

1980년대에 세포 배양 없이도 효율적인 mRNA 생산을 하는 기법이 개발되면서

이 mRNA를 이용해서 백신 개발할 수 있는 새로운 분자생물학이 시작되었다.

 

하지만 이렇게 대량 생산된 mRNA는 화화적으로 불안정하며,

이동하기도 수월치 않으며, 염증을 유발하는 등 

초기에 치료제로 사용할 수 있는 가능성이 희박해 보였다.

 

따라서 mRNA 연구를 지원하는 연구비도 중단되기도 했지만

카리코 박사는 mRNA의 가능성에 대한 확신이 있기에

세포 내의 면역 정찰을 담당한 수지상 세포/dendritic cells에

관해서 연구해 오던 와이스먼 박사와 공동 연구에 들어갔다.

 

우리가 이미 알고 있듯이 DNA는 A, T, G, C 네 개의 염기/bases로 

이루어져서 유전자 코드를 형성하고,

이 네 베이스와 매칭되는 A, U, G, C  염기로 형성된다.

 

이들은 포유동물의 세포 RNA 염기를 화학적으로 변형시켜도

mRNA 생산에 큰 문제없는 데에 반해서

실험실에 제작된 RNA 염기는 유전자 코드를 전달하는

mRNA가 생산되지 않는다는 것을 보고

이런 현상이 바로 원치 않는 염증을 유발한다는 것을 발견했다.

(아래 그림 왼쪽)

 

그래서 이들은 염기를 변형한(modified) mRNA를 만들어서

수지상 세포/dendritic cells로 이동시켰더니,

세포의 염증 증세가 거의 사라지는 획기적인 결과를 보였다.(아래 그림 오른쪽)

 

 

Figure 2. 

mRNA contains four different bases, abbreviated A, U, G, and C. 

The Nobel Laureates discovered that base-modified mRNA can be used to block activation of inflammatory reactions 

(secretion of signaling molecules) and increase protein production 

when mRNA is delivered to cells. 

 Ill. Mattias Karlén

 

이 새로운 패러딤이야말로 세포들이 변형된 메신저 mRNA를

어떻게 인지하고 그리고 어떻게 반응하는지에 대한 이해를 바꾸게 되었다.

이 두 과학자들은 이들의 획기적인 연구 결과는 

코비드-19 판데믹 발생 15년 전인 2005년에 발표했다.

 

이어서 2008년과 2010년에 이들은 

염기가 변형된 mRNA가 변형되지 않은 mRNA보다

필요한 단백질을 훨씬 많이 생산한다는 것을 발표해서

직접 임상실험을 시작할 수 있는 기회를 만들었다.

 

그래서 2010년부터 몇몇 제약회사들이 이들의 연구결과를 토대로

지카 바이러스/Zika virus, 메르스 바이러스/MERS-CoV,

그리고 사르스/SARS-CoV-2 백신 개발에 들어가서

성공적으로 백신을 개발하게 되었다.

 

2020년에 코비드 19가 발생하자, SARS-CoV-2 바이러스의 

표면 단백질의 유전자 코드를 재빠르게 알아내어서

코비드 19 백신이 불과 몇 달 후인  개발이 되어서

2020년 12월에 백신으로 허가를 얻어냈다.


덕분에 전 세계적으로 130억 코비드 백신이 접종되어서

수 백만명의 생명을 구하는 커다란 업적을 남길 수 있었다.

 

참고로 이 두 과학자들은 이미 권위 있는 국제 과학상을 수상했으며,

미국에서 수여하는 브레이크쓰루 수상자로 선정되어서 

그들의 연구 업적을 인정받아서$3,000,000 상금을 받은 바 있다.