올해 노벨 생리의학상자 카탈린 카리코 · 드루 와이스먼 공동 수상자 선정

올해 노벨 생리의학상자 카탈린 카리코 · 드루 와이스먼 공동 수상

- 노벨위원회, 'mRNA 코로나19 백신' 개발에 공로자로 선정

커털린 커리코 바이오엔테크 수석 부사장과 미국 펜실베이니아 대학 의대 드루 와이스먼 교수. 노벨위원회

2023년 노벨 생리의학상은 수상자는 코로나19 백신 개발에 기여한 헝가리 출신의 커털린 커리코 바이오엔테크 수석 부사장과 미국 펜실베이니아 대학 의대 드루 와이스먼 교수 등 공동으로 선정되었다.

노벨위원회는 2일 현재시간 올해 코로나19 메신저리보핵산(mRNA) 백신 개발 공로를 인정해 올해 생리의학상 수상자로 두 사람을 선정했다고 발표했다. 이번 수상자는 mRNA가 어떻게 면역체계와 상호 작용하는지에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꾼 획기적인 발견을 통해 현대 인류 건강에 가장 큰 위협 중 하나였던 시기에 전례 없는 백신 개발 속도에 기여했다"고 평가했다.

카탈린 카리코 · 드루 와이스먼 수상자는 그동안 유력한 생리의학상 후보로 거론돼 왔는데 특히 커리코 수석 부사장은 '백신의 어머니'로 불려왔으며 여성이 생리의학상을 받는 것은 이번이 13번째다.

이들의 주요 공로로 "효과적인 코로나19 mRNA 백신 개발을 가능하게 한 뉴클레오시드 염기 변형에 관한 발견"을 꼽았다.

수상자 두 사람은 상금 1천100만 스웨덴 크로나(약 13억4천만원)를 나눠 받는다.

2023년 노벨생리의학상 업적

2023년 노벨생리의학상 수상업적

카롤린스카 연구소의 노벨위원회 발표(2023. 10.2)

카탈린 카리코와 드류 와이즈먼(공동 수상)

“COVID-19에 대한 효과적인 mRNA 백신 개발을 가능하게 한 뉴클레오사이드 염기 변형에 관한 발견”

두 노벨상 수상자의 발견은 2019년 초에 시작된 팬데믹 기간 동안 COVID-2020에 대한 효과적인 mRNA 백신을 개발하는 데 중요했다. mRNA가 면역 체계와 상호 작용하는 방식에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿔 놓은 획기적인 발견을 통해 수상자들은 현대의 인간 건강에 가장 큰 위협 중 하나에서 전례없는 백신 개발 속도에 기여했다.

팬데믹 이전의 백신

예방 접종은 특정 병원체에 대한 면역 반응의 형성을 자극한다. 이것은 나중에 노출 될 경우 신체가 질병과의 싸움에서 앞서 나갈 수있게 한다. 사멸되거나 약화된 바이러스를 기반으로 한 백신은 소아마비, 홍역 및 황열병에 대한 백신으로 대표되는 오랫동안 사용 가능했다. 1951 년 Max Theiler는 황열병 백신 개발로 노벨 생리 의학상을 수상했다.

최근 수십 년 동안 분자 생물학의 발전 덕분에 전체 바이러스가 아닌 개별 바이러스 구성 요소를 기반으로 한 백신이 개발되었다. 일반적으로 바이러스 표면에서 발견되는 단백질을 암호화하는 바이러스 유전 코드의 일부는 바이러스 차단 항체의 형성을 자극하는 단백질을 만드는 데 사용된다. 예를 들면 B 형 간염 바이러스와 인간 유두종 바이러스에 대한 백신이 있다. 대안적으로, 바이러스 유전자 코드의 일부는 무해한 운반체 바이러스인 "벡터"로 이동될 수 있다. 이 방법은 에볼라 바이러스에 대한 백신에 사용된다. 벡터 백신을 주입하면 선택된 바이러스 단백질이 세포에서 생성되어 표적 바이러스에 대한 면역 반응을 자극한다.

전체 바이러스, 단백질 및 벡터 기반 백신을 생산하려면 대규모 세포 배양이 필요하다. 이 자원 집약적인 프로세스는 발병 및 전염병에 대응하여 신속한 백신 생산 가능성을 제한한다. 따라서 연구자들은 세포 배양과 무관한 백신 기술을 개발하기 위해 오랫동안 시도해 왔지만 이는 어려운 것으로 판명되었다.

COVID-19 대유행 이전의 백신 생산 방법의 그림. [그림 1] COVID-19 대유행 이전의 백신 생산 방법. © 노벨 생리 의학위원회. 일리노이 마티아스 카를렌

mRNA 백신: 유망한 아이디어

우리 세포에서 DNA에 암호화된 유전 정보는 단백질 생산을 위한 주형으로 사용되는 메신저 RNA(mRNA)로 전달된다. 1980년대에는 세포 배양 없이 mRNA를 생산하는 효율적인 방법인 시험관 전사(in vitro transcription)가 도입되었다. 이 결정적인 단계는 여러 분야에서 분자 생물학 응용 프로그램의 개발을 가속화했다. 백신 및 치료 목적으로 mRNA 기술을 사용하는 아이디어도 떠올랐지만 장애물이 앞에 놓여 있었다. 시험관 내 전사된 mRNA는 불안정하고 전달하기 어려운 것으로 간주되어 mRNA를 캡슐화하기 위한 정교한 운반체 지질 시스템의 개발이 필요했다. 또한, 시험관 내에서 생산된 mRNA는 염증 반응을 일으켰다. 따라서 임상 목적을 위한 mRNA 기술 개발에 대한 열정은 처음에는 제한적이었다.

이러한 장애물은 치료를 위해 mRNA를 사용하는 방법을 개발하는 데 전념 한 헝가리 생화학 자 Katalin Karikó를 낙담시키지 않았다. 1990년대 초, 펜실베니아 대학의 조교수였을 때, 그녀는 연구 자금 제공자에게 프로젝트의 중요성을 설득하는 데 어려움을 겪었음에도 불구하고 mRNA를 치료제로 실현하려는 자신의 비전에 충실했다. 그녀의 대학에서 Karikó의 새로운 동료는 면역 학자 Drew Weissman이었다. 그는 면역 감시와 백신 유도 면역 반응의 활성화에 중요한 기능을 하는 수지상 세포에 관심이 있었다. 새로운 아이디어에 힘입어 서로 다른 RNA 유형이 면역 체계와 상호 작용하는 방식에 초점을 맞춘 두 사람 간의 유익한 협력이 곧 시작되었다.

돌파구

Karikó와 Weissman은 수지상 세포가 시험관 내에서 전사된 mRNA를 이물질로 인식하여 활성화하고 염증 신호 분자를 방출한다는 사실을 발견했다. 그들은 시험관 내에서 전사된 mRNA가 외래로 인식되는 반면 포유류 세포의 mRNA는 동일한 반응을 일으키지 않는 이유를 궁금해했다. Karikó와 Weissman은 몇 가지 중요한 특성이 서로 다른 유형의 mRNA를 구별해야 한다는 것을 깨달았다.

RNA는 유전자 암호의 문자인 DNA의 A, T, G, C에 해당하는 A, U, G, C로 약칭되는 2005개의 염기를 포함한다. Karikó와 Weissman은 포유류 세포의 RNA 염기가 화학적으로 변형되는 경우가 많지만 시험관 내 전사된 mRNA는 그렇지 않다는 것을 알고 있었다. 그들은 시험관 내 전사된 RNA에 변경된 염기가 없는 것이 원치 않는 염증 반응을 설명할 수 있는지 궁금해했다. 이를 조사하기 위해 그들은 mRNA의 다양한 변이체를 생산했으며, 각각은 염기에 고유한 화학적 변형을 일으켜 수지상 세포에 전달했다. 결과는 놀랍다 : 염기 변형이 mRNA에 포함되었을 때 염증 반응이 거의 사라졌다. 이것은 세포가 다양한 형태의 mRNA를 인식하고 반응하는 방법에 대한 이해의 패러다임 변화였다. Karikó와 Weissman은 그들의 발견이 mRNA를 치료법으로 사용하는 데 매우 중요하다는 것을 즉시 이해했다. 이 중요한 결과는 COVID-19 대유행이 발생하기 몇 년 전인 2010년에 발표되었다.

mRNA에 포함된 4가지 다른 염기의 그림. [그림 2] mRNA는 A, U, G, C로 약칭되는 <>개의 상이한 염기를 함유한다. 노벨상 수상자들은 염기 변형 mRNA가 염증 반응의 활성화(신호 분자 분비)를 차단하고 mRNA가 세포에 전달될 때 단백질 생산을 증가시키는 데 사용될 수 있음을 발견했습니다. © 노벨 생리 의학위원회. 일리노이 마티아스 카를렌

2008년과 2010년에 발표된 추가 연구에서 Karikó와 Weissman은 염기 변형으로 생성된 mRNA의 전달이 변형되지 않은 mRNA에 비해 단백질 생산을 현저하게 증가시킨다는 것을 보여주었습니다. 그 효과는 단백질 생산을 조절하는 효소의 활성화 감소 때문이었습니다. 염기 변형이 염증 반응을 감소시키고 단백질 생산을 증가시킨다는 발견을 통해 Karikó와 Weissman은 mRNA의 임상 적용으로 가는 길에 중요한 장애물을 제거했습니다.

mRNA 백신은 그 잠재력을 파악

mRNA 기술에 대한 관심이 높아지기 시작했고, 2010년에는 여러 회사에서 이 방법을 개발하기 위해 노력했다. 지카 바이러스와 MERS-CoV에 대한 백신이 추구되었다. 후자는 SARS-CoV-2와 밀접한 관련이 있습니다. COVID-19 대유행이 발생한 후 SARS-CoV-2 표면 단백질을 암호화하는 두 가지 염기 변형 mRNA 백신이 기록적인 속도로 개발되었다. 약 95%의 보호 효과가 보고되었으며 두 백신 모두 빠르면 2020년 <>월에 승인되었다.

mRNA 백신을 개발할 수 있는 인상적인 유연성과 속도는 다른 감염병에 대한 백신에도 새로운 플랫폼을 사용할 수 있는 길을 열어준다. 미래에는 이 기술이 치료용 단백질을 전달하고 일부 암 유형을 치료하는 데에도 사용될 수 있다.

다양한 방법론을 기반으로 한 SARS-CoV-2에 대한 몇 가지 다른 백신도 빠르게 도입되었으며 전 세계적으로 13억 회 이상의 COVID-19 백신 접종이 이루어졌다. 백신은 수백만 명의 생명을 구하고 더 많은 심각한 질병을 예방하여 사회가 개방되고 정상적인 상태로 돌아갈 수 있도록 했다. mRNA의 염기 변형의 중요성에 대한 근본적인 발견을 통해 올해 노벨상 수상자들은 우리 시대의 가장 큰 건강 위기 중 하나에서 이러한 혁신적인 발전에 결정적으로 기여했다.

주요 출판물

Karikó, K., Buckstein, M., Ni, H. 및 Weissman, D. Toll 유사 수용체에 의한 RNA 인식 억제: 뉴클레오사이드 변형의 영향과 RNA의 진화적 기원. 면역 23, 165–175 (2005).
Karikó, K., Muramatsu, H., Welsh, F.A., Ludwig, J., Kato, H., Akira, S. 및 Weissman, D. 슈도우리딘을 mRNA에 혼입시키면 번역 능력과 생물학적 안정성이 증가된 우수한 비면역원성 벡터가 생성됩니다. Mol Ther 16, 1833–1840 (2008).
Anderson, B.R., Muramatsu, H., Nallagatla, S.R., Bevilacqua, P.C., Sansing, L.H., Weissman, D. 및 Karikó, K. 슈도우리딘을 mRNA에 혼입시키면 PKR 활성화가 감소하여 번역이 향상됩니다. 핵산 Res. 38, 5884–5892 (2010).

수상자 이력사항

커털린 커리코 바이오엔테크 수석 부사장

카탈린 카리코는 1955년 헝가리 졸노크에서 태어났다. 그녀는 1982년 세게드 대학교에서 박사 학위를 받았으며, 1985년까지 세게드에 있는 헝가리 과학 아카데미에서 박사 후 연구를 수행했다. 그 후 필라델 피아의 템플 대학교와 베데스다의 보건과학대학교에서 박사후 연구를 수행했다. 1989 년에 그녀는 펜실베니아 대학의 조교수로 임명되어 2013 년까지 머물렀다. 그 후 그녀는 BioNTech RNA Pharmaceuticals의 부사장 겸 수석 부사장이 되었다. 2021년부터 그녀는 Szeged University의 교수이자 University of Pennsylvania의 Perelman School of Medicine의 겸임 교수로 재직하고 있다.

드류 와이즈먼 미국 펜실베이니아 대학 의대 교수

드류 와이즈먼은 1959년 미국 매사추세츠주 렉싱턴에서 태어났다. 그는 1987년 보스턴 대학교에서 MD, 박사 학위를 받았다. 그는 하버드 의과 대학의 Beth Israel Deaconess Medical Center에서 임상 교육을 받았으며 국립보건원(National Institutes of Health)에서 박사후 연구를 수행했다. 1997 년 Weissman은 펜실베니아 대학의 Perelman School of Medicine에서 연구 그룹을 설립했다. 그는 백신 연구의 Roberts Family 교수이자 Penn Institute for RNA Innovations의 소장이다.

카롤린스카 연구소의 교수 50명으로 구성된 노벨총회는 노벨 생리의학상을 수여합니다. 노벨위원회는 후보를 평가합니다. 1901 년 이래로 노벨상은 인류의 이익을 위해 가장 중요한 발견을 한 과학자들에게 수여되었습니다.