DNA 백신은 흔히 제3세대 백신으로 불리며, 인공적으로 설계된 DNA를 사용하여 숙주에서 세균, 기생충, 바이러스 및 잠재적으로 암에 대한 면역 반응을 유도합니다.
전통적인 백신
현재 전 세계 인구에게 제공되는 백신으로는 홍역, 유행성이하선염, 풍진, 계절성 인플루엔자 바이러스, 파상풍, 소아마비, B형 간염, 자궁경부암, 디프테리아, 백일해 등 지역 특유의 다른 질병에 대한 백신이 포함됩니다.
이러한 백신 중 다수는 숙주의 항원 특이적 적응 면역 반응을 유도하여 면역력을 제공합니다.
더 구체적으로, 이러한 백신은 병원체에서 유래한 표적에 면역 체계를 노출시켜, 면역 체계가 향후 백신을 접종한 숙주가 이 병원체와 만났을 때 이를 인지하고 공격할 수 있는 항체를 개발하게 합니다.
전통적인 백신은 수많은 고감염성 질병의 확산을 방지하는 데 중요한 역할을 하고 있지만, 이러한 백신의 제조에는 종종 연구자가 살아있는 병원체를 취급해야 합니다. 이러한 병원체 취급은 백신을 개발하는 사람들에게 안전 문제를 야기할 수 있으며, 병원체에 의한 오염 위험도 염려 사항입니다.
전통적인 백신 개발과 관련된 도전 과제는 전염병과 비전염병 모두에 사용할 수 있는 몇 가지 대체 백신 접근 방법을 조사하게 만들었습니다.
상당한 관심을 끌고 있는 대체 백신 중 하나는 DNA 기반 백신입니다. DNA 기반 백신은 전통적인 백신보다 더 안정적이고 비용 효율적이며 취급이 용이한 것으로 간주됩니다.
DNA 백신은 어떻게 작용하나요?
다른 유형의 백신과 마찬가지로 DNA 백신도 적응 면역 반응을 유도합니다. DNA 백신의 기본 작용 원리는 백신의 목표인 병원체에서 유래한 단백질을 암호화하는 DNA 플라스미드를 사용하는 것입니다.
플라스미드 DNA(pDNA)는 비용이 저렴하고 안정적이며 상대적으로 안전하여, 이 비바이러스 플랫폼이 유전자 전달에 적합한 옵션으로 간주됩니다. pDNA의 공급원으로 사용된 여러 가지 바이러스 벡터로는 종양 레트로바이러스, 렌티바이러스, 아데노바이러스, 아데노 연관 바이러스, 헤르페스 심플렉스-1 등이 있습니다.
DNA 백신이 근육 내 주사로 투여되면 pDNA가 근육 세포를 목표로 합니다. DNA 백신은 피하 또는 피내 주사를 통해 각질 세포를 목표로 할 수도 있습니다. 주사 부위에 관계없이 pDNA는 근육 세포 또는 각질 세포로 들어가게 됩니다. 이 세포들은 이후 세포 사멸(apoptosis)을 겪게 됩니다.
세포가 세포 사멸을 겪으면 세포막에 결합된 작은 조각인 세포 사멸체(apoptotic body)를 방출합니다. 이러한 세포 사멸체는 미성숙 수지상 세포(iDC)에 의해 세포 잔해의 내포를 유도합니다. iDC의 활동은 주요 조직 적합성 복합체 II(MHC II)에 의해 독점적으로 제시되는 외래 항원의 생성을 시작할 수 있습니다.
항원이 MHC II에 제시됨에 따라 보조 CD4+ T 세포가 활성화되며, 이는 B 세포의 프라이밍에 기여하고 결국 체액 면역 반응이 생성되도록 합니다. 이 체액 면역 반응은 CD8+ T 세포의 생성을 활성화하는 데 필요합니다.
근육 세포나 각질 세포에 작용하는 것 외에도 모든 DNA 백신 투여 경로는 주사 부위 근처의 항원 제시 세포(APC)를 변형할 수 있습니다. 이 직접적인 변형 경로는 내인성 전이 유전자의 발현 및 항원의 MHC I과 MHC II를 통한 병행 제시를 초래하여 CD8+ T 세포와 CD4+ T 세포를 모두 생성합니다.
현재 개발 중인 DNA 백신은 무엇인가요?
현재 인간에게 광범위하게 사용이 승인된 DNA 백신은 없습니다. 그러나 여러 DNA 기반 백신이 미국 식품의약국(FDA) 및 미국 농무부(USDA)에 의해 수의학적 사용을 위해 승인되었습니다. 여기에는 말의 웨스트나일 바이러스 백신과 개의 악성흑색종 백신이 포함됩니다.
DNA 기반 백신이 일반 대중에게 사용 승인되지 않았음에도 불구하고, DNA 백신에 대한 여러 임상 시험이 진행되고 있습니다. 미국 국립 의학 도서관에 따르면, 현재 미국에서 160개 이상의 다양한 DNA 백신이 인간 임상 시험에서 테스트되고 있습니다. 이러한 시험의 62%는 암 백신에, 33%는 인간 면역결핍 바이러스(HIV) 백신에 할당된 것으로 추정됩니다.
DNA 백신에 대한 첫 번째 임상 시험 중 하나는 HIV에 대한 DNA 백신의 잠재적 치료 및 예방 효과를 조사했습니다. 이 시험에서 면역원성이 일부 감지되었지만, 유의미한 면역 반응은 발견되지 않았습니다. HIV의 고변동성은 이 바이러스가 여러 가지 메커니즘을 통해 숙주 면역 체계를 침투할 수 있게 합니다.
결과적으로 HIV에 대한 DNA 기반 백신 개발을 목표로 하는 과학자들은 최상의 DNA 백신 설계를 위해 여러 다양한 프라이밍 전략, 부스팅 에이전트 및 주사 일정을 신중히 평가해야 한다는 것을 발견했습니다.
미래의 방향
전 세계에서 수많은 DNA 기반 백신이 현재 인간을 대상으로 테스트되고 있지만, 이 백신 접근 방법이 임상에 적용되는 데 여전히 여러 도전 과제가 남아 있습니다. DNA 백신과 관련하여 가장 큰 도전 과제 중 하나는 대형 동물과 인간에서 면역원성이 낮다는 것입니다.
연구자들은 DNA 기반 백신의 면역원성을 높이기 위해 평균 크기의 인간에게 5mg에서 20mg의 DNA를 주사해야 한다고 믿고 있습니다. DNA 기반 백신의 또 다른 도전 과제는 전이 최적화로, 혼합 바이러스/진핵 생물 프로모터의 통합이나 항원 코돈의 최적화를 통해 달성할 수 있습니다.
모두 합쳐서 이상적인 DNA 백신은 세포 외부 분해를 피하고 목표 세포의 핵에 성공적으로 들어가 장기적인 면역 반응을 유도해야 합니다.
