We could know soon whether vaccines work against a scary new coronavirus variant

기존 백신이 코로나 변종 바이러스에 통할까?

남아공에서 있었던 존슨앤존슨의 코로나바이러스 백신 임상 시험이 코로나19 팬데믹의 향방을 가늠할 중요한 정보를 던져주고 있다.

지난 12월 26일, 성탄절 연휴에 살림 압둘 카림(Salim Abdool Karim)은 크리켓 시합을 관전하다가 실수로 중요한 이메일을 놓쳤다. 이메일 수신함에는 안 좋은 소식이 실린 새 보고서가 있었다. 남아프리카공화국에 심하게 변이된 코로나바이러스가 발견되었는데, 이 바이러스는 전보다 인간 세포에 더 쉽게, 더욱 단단히 결합한다는 것이었다.

역학전문가이자 남아공 정부의 코로나19 자문위원인 카림은 이 보고서가 무엇을 뜻하는지 알았다. 남아공 전국적으로 코로나19 신규 감염자 수가 급증한 원인이 이것일 수 있겠다는 생각이 들었다.

카림은 “자고 일어나면 확진자 수가 증가, 증가, 증가, 또 증가해서 마치 하늘에 닿을 지경이었다”라고 말했다.

남아공에서 감염 사례가 증가한 것은 고도로 변이된 새로운 코로나19 바이러스와 관련되었다. 그리고 남아공의 사례는 전 세계에 걸쳐 관찰되는 패턴의 단지 일부일 뿐이었다. 지난 한 달 동안, 아프리카, 브라질, 영국에서 관찰된 새로운 변종을 이해하기 위해 연구자들은 기진맥진할 정도로 수많은 연구를 쏟아냈다. 이 경쟁 속에서 그들은 발행 전 논문을 공개하는 서버나 웹사이트에서, 혹은 공식 보고서로 놀라운 보고를 연달아 발표했다. 이들 연구에서 변종은 봉쇄 방침을 가볍게 무시하고 항체를 피하며, 결국 1차 파동으로 이미 고통받았던 런던이나 마나우스(브라질 북부 아마조나스주의 주도(州都)) 같은 도시를 재점령하는 모습으로 묘사되었다.

실제로 이 사실은 불과 몇 주 만에 일부 과학자들의 코로나바이러스에 대한 인식을 완전히 바꿔 놓았다. 백신 기술로 쉽게 무너뜨릴 수 있는 정적이고 느리게 변화하는 바이러스에서 팬데믹의 결정적 종식의 기대를 무너뜨릴 테러리스트 변신술사로 말이다.

변이 바이러스에도 기존 백신 효과 있을까?

세계는 대체로 소위 영국 변이 바이러스에 주목해왔다. 미국 등 수십여 국가에서 이 변종은 기존의 바이러스보다 더 빨리 퍼지는 것 같았다. 1월 22일 금요일, 영국의 보리스 존슨 총리는 정부 자문위가 이 변종이 원래의 바이러스보다 더 치명적이며 감염 치사율을 약 30% 정도 더 높일 수 있다고 경고했음을 발표했다.

더 빠르게 퍼지며 치명적인 버전의 코로나바이러스는 여전히 마스크 착용과 사회적 거리 두기로 대응할 수 있다. 그러나 지난 12월 22일 유전자 추적단이 처음 기술한 남아공 변종 ‘501Y.V2’는 더 빨리 퍼질 뿐 아니라, 놀랍게도 코로나19에 감염되었던 이들의 혈액에서 항체를 피하는 것으로 보인다. 이렇게 된다면 코로나19의 확산을 막을 희망으로 여겨지는 백신의 효과는 약화된다.

엔서니 파우치 미국 국립알레르기전염병연구소장은 “이러한 ‘면역 회피(immune escape)’에 대한 실험적 증거 때문에 남아공의 변종이 영국의 변종보다 훨씬 더 우려되는 상황”이라고 바이든 행정부 출범 이후 자신의 첫 기자회견에서 말했다. 그는 “이제 정말 중요하고 사람들이 궁금해하는 문제는 ‘그래서 백신에 어떤 영향이 있는지’라는 것이다”라고 말했다.

여기서 파우치 소장이 언급하지는 않았지만, 조만간 현실적 답변을 얻을 수 있을지 모른다. 이 위험한 변종이 유행하던 시기와 겹쳐 작년 9월에서 12월 사이, 남아공에서 수천 명에 이르는 대규모 백신 임상 시험이 이루어진 덕분이다.

존슨앤존슨이 개발한 이 백신은 1회만 접종하면 되며, 보관하기도 쉬워 사람들의 기대가 컸다. 이와 달리 12월에 미국에서 승인된 모더나와 화이자의 RNA 백신은 두 번 투여해야 하며 초저온에서 보관해야 하는 등 준비 조건이 까다롭다. 의도한 것은 아니었지만, 존슨앤존슨의 백신에 대한 임상 시험은 코로나19 백신이 과연 남아공 501Y.V2 변종에도 효과가 있을지 묻는 묵직한 질문에 답변을 내놓을 수도 있다.

시애틀에 위치한 프레드허친슨 암연구센터(Fred Hutchinson Cancer Research Center)의 바이러스학자 로렌스 코리(Lawrence Corey) “백신이 남아공 변종에 대해서도 같은 효능을 가진다면 정말 좋을 것”이라며 “만약 그렇지 않다면, 이건 심상치 않은 일이 벌어지고 있다는 뜻”이라고 말했다. 그는 미국 정부가 지원하는 백신 임상 시험에 참가하는 코로나19예방네트워크(COVID-19 Prevention Network) 운영 센터를 이끌고 있기도 하다.

코리는 남아공에서 7,000명이 임상에 참여한 것으로 추정한다. 임상 시험이 새로운 바이러스가 퍼지던 시기에 이루어졌던 만큼 “남아공의 연구 대부분은 변이 바이러스에 대한 효과를 평가하고 있을 것”이라고 말했다.

2차 파동

우려되는 점은 모든 주요 백신들이 1년 전 바이러스의 유전 정보를 기반으로 만들어졌다는 것이다. 그 이후로 바이러스는 줄곧 변화했다. 백신이 새 변이에 무용지물이라면 결국 감염자와 입원자, 사망자 수의 증가 추세를 꺾기는 더 어려워진다.

1월 18일에 방송된 발표에서, 카림은 작년 12월경 남아공 모든 주에 걸쳐 급증한 감염 사례에 대해 설명했다. 그는 “우리가 목격하고 있는 이 상황은 확실히 생물학적으로 인간 세포에 더 효율적으로 부착하는 바이러스에 의한 것”이라며 “지금 겪는 2차 파동으로 수치들이 완전히 새로운 수준으로 치솟았다. 이제 1차 파동에서 보았던 그 무엇보다 더 높은 감염 수치와 사망률이 나타나고 있다”고 말했다.

남아공 변종이 처음 발견되었을 때, 돌연변이가 총 23개에 이를만큼 많았다는 점과 바이러스가 인간 세포에 부착하는 데 쓰이는 주요 스파이크 단백질에서 변이가 일어난 사례가 적지 않다는 점에서 우려를 일으켰다. 이는 바이러스가 항체를 피하고자 진화하고 있음을 강력하게 시사했다.

그 이후로 연구자들은 감염자 약 50명의 혈청 내 항체가 새로운 변종을 방어하지 못한다는 연구를 비롯하여 501Y.V2에 대한 더 놀라운 단서들을 수집했다.

요하네스버그의 위트워터스랜드 대학(University of the Witwatersrad) 페니 무어(Penny Moore) 연구언은 “첫 번째 파동 때 감염되었던 사람들의 혈청을 검사한 결과, 그중 거의 절반이 새로운 변이를 식별하지 못했다”라고 같은 방송에서 말했다.

이 점은 우려스럽지만, 백신이 어쩌면 더 광범위하고 더 강력한 면역을 끌어낼 수 있을지 모른다. 그래서 여전히 효과가 없을 거라고 말할 수는 없다. 그리고 무어는 비록 체외 실험의 결과이기는 하지만, 주로 중증을 겪었던 일부 환자의 혈액이 여전히 변이 바이러스를 무력화할 수 있었다고 했다. 그녀는 “백신에서 중요한 사실은, 어떤 백신은 항체를 매우 높은 수준으로 유도하고 다른 백신은 그렇지 않다는 것”이라고 말했다.

사진: 2020년 12월 15일 콜로라도주 오로라시에 있는 록키 마운틴 지역 VA 메티컬 센터(Rocky Mountain Regional VA Medical Center)에서 한 테크니션이 존슨앤존슨 코로나19 백신의 임상 시험을 위해 접종을 준비하고 있다. (마이클 샤글로MICHAEL CIAGLO/게티 이미지)

백신에 힘을 싣는 다른 신호 하나는, 새로운 변이가 전에 코로나19를 앓았던 사람을 재감염시킬 가능성이 더 높다는 명확한 증거가 현재까지 없다는 것이다. 만약 자연 면역이 실제로 유지된다면, 백신으로 얻어진 면역 또한 유지 가능할 것이다. 카림은 “조직적 재감염이 관측되고 있는가?”라는 물음에 대하여 “이 데이터로는 아직 알 수 없다”고 말한다. 재감염은 여전히 예방될 수 있다. 그는 “신체에는 항체를 만드는 B세포와, 항원을 먹어 치우고 죽이는 T세포라는 두 가지 체계가 있기 때문”이라고 설명한다.

연구자들은 체외 실험만으로는 백신이 새로운 변종에 대항할 수 있을지 여부를 입증할 수 없으며, 바로 이러한 이유로 남아공과 영국 등 다른 지역에서 진행 중인 백신 임상 시험의 결과가 더 나은 답변을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

수렴진화

과학자들은 이 변종의 기원을 두 가지로 추측하고 있다. 한 가지 가설은 면역 저하자(immune-compromised)의 신체 내에서 진화했다는 것으로, 바이러스가 면역 체계를 피하는 방법을 배우면서 몇 달씩 잔존할 수 있었다고 본다. 다른 하나는 2020년 초 대규모 감염 파동이 일었던 런던과 같은 도시에서 발생했다는 설이다. 수백만 명이 감염되는 와중에 만약 감염자의 항체가 1년 동안 점차 쇠약해지면, 결국 감염자의 면역 체계는 면역 반응에 저항할 수 있는 바이러스의 변이 종류를 선택적으로 남기게 된다.

일부 과학자들은 현재 영국과 남아공뿐 아니라 어쩌면 세계 모든 지역에서 진화된 변종이 발생하고 있다고 생각한다. 단지 발견되지 않았을 뿐이다. 워싱턴 대학에서 바이러스 유전체를 연구하는 툴리오 데 올리베이라(Tulio de Oliveira)는 “우리는 특히 장기간에 걸쳐 많은 감염 사례가 있던 지역을 위주로 유전체 검사 수를 늘리면 여러 변종을 발견할 수 있을 것으로 보고 있다”며 “전염 가능성을 거의 0에 수렴하게 억제하지 못한다면, 바이러스는 계속 우리를 괴롭힐 것”이라고 말했다.

과학자들은 남아공과 영국의 변종이 더 빨리 퍼져서 원래 중국에서 발생했던 종보다 약 50% 더 많은 후속 감염을 일으킬 것으로 거의 확신한다고 말한다. 영국의 변종인 B.1.1.7이 다른 곳에서 이전 종보다 더 빨리 전파된 정도를 보면 알 수 있다. 대규모 백신 접종 캠페인에도 불구하고 감염이 최고조로 달하고 있는 이스라엘의 경우, 이미 감염 건의 절반 가까운 사례가 B.1.1.7에 의한 것이다. 한편, 501Y.V2는 앞서 적어도 10개국에서 발견되었다.

N501Y라고 불리는 변이를 비롯한 일부 변이들은 돌연변이를 공유하는데, 이 돌연변이가 바이러스를 인간의 세포와 더 단단하게 결합하게 한다. 이처럼 서로 다른 대륙에서 모방 돌연변이가 발생하는 것에 대하여 과학자들은 “수렴진화”가 일어나고 있는 것으로 해석한다. 즉, 바이러스의 서로 다른 변종들이 이미 감염되었거나 백신 접종을 받은 사람들의 혈액에서 항체를 피하고자 같은 전략을 취한다는 것이다.

존슨앤존슨의 대규모 연구는 작년 9월에 시작되어 12월 17일 4만 5,000명이 참가한 가운데 등록을 마쳤고 임상 3상에서 66%의 예방효율을 보였다. 물론 지역적 편차는 있었다. 미국에서는 72%, 남아공에서는 57%의 예방 효과가 나타났다. 존슨앤존슨은 2월 5일 미국 식품의약청 FDA에 긴급 승인 신청을 했다.

학계와 정부 소속 과학자들은 존슨앤존슨과 함께 백신의 효능에 대해 국제적으로 접근하기로 하고 미국뿐 아니라 아프리카, 브라질, 그리고 남아메리카 일부 지역에서도 연구를 진행했다. 이 연구는 남아공에서 새로운 변종이 자리 잡을 때 정확히 시작되었다. 이 변이의 확산은 곧 속도가 붙어 남아공의 80% 이상이 현재 이 변종에 의해 발생하고 있다.

코리는 “우리는 이 연구에 전지구적 의의가 있기를 바랐다”고 말한다. 그는 “변이가 이토록 빨리 발생할 것으로 예측하지는 못했지만, 덕분에 상황을 일찌감치 파악할 수 있었고 이는 다행스러운 일”이라고 말했다.

연구자들은 새로운 변종에 대처하기 위해 백신을 바꾸거나 개선할 수 있는지 알아보기 시작했다. 화이자의 모더나는 mRNA 백신은 쉽게 재프로그래밍 될 수 있다는 입장이다. 이는 무해한 감기 바이러스에 코로나 바이러스 일부를 첨가해 만드는 존슨앤존슨 백신의 경우도 거의 마찬가지일 것이다.

변이에 대항하기 위해 ‘종특이적’ 후속 접종을 고려해 접종 투여량이 증가할 수 있다고 코리는 말한다. 또 다른 대응 방식은 바이러스의 스파이크 단백질보다 진화가 더 느린 부분을 표적으로 만드는 것이지만, 이런 백신은 개발 및 시험에 더 오래 걸릴 것이다.

남아공의 연구원들은 현재 백신이 남아공 변종을 상대로 효과가 없을 것이라고 아직 말할 수 있는 단계가 아니라고 강조했고, 몇몇은 백신이 제공된다면 반드시 접종하겠다고 밝혔다. 그들이 확신하는 한 가지는 세계가 적응과 진화를 거듭하는 바이러스를 과소평가했다는 사실이다. 

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