전남대 이준행·이시은 교수 연구팀, 단백질 나노케이지 기반 차세대 점막 백신 플랫폼 개발

[위키트리 광주전남취재본부 노해섭 기자]전남대학교 이준행 교수(전남대 의과대학 미생물학교실)와 이시은 교수(전남대 치의학전문대학원 치과약리학교실) 연구팀이 개발한 차세대 점막 백신 기술이 세계적인 학술지 ‘Nature Communications’에 게재됐다.

이번 연구는 자가조립 단백질 나노케이지를 활용하여 폐렴구균(Streptococcus pneumoniae) 감염에 대한 효과적인 면역 방어를 유도하는 점막 백신을 개발한 내용을 담고 있다. 본 연구에서 도출된 나노케이지 백신플랫폼은 코로나 사태 이후 중요성이 인식되기 시작한 감염증을 첫 관문인 호흡기 점막부터 억제할 수 있는 미래 점막백신 개발에 사용될 수 있는 원천기술로 주목받을 가능성이 높다.

연구팀은 페리틴(Ferritin) 기반의 단백질 나노케이지 표면에 폐렴구균의 방어항원인 tPspA와 그들이 20여년 넘게 연구해오고 있는 강력한 점막 면역보조제인 플라젤린(Flagellin, FlaB)을 동시에 탑재한 차세대 백신을 설계했다. 본 나노케이지 백신플랫폼은 백신을 효과적으로 면역조직으로 도달시키는 전달체, 항체 생산 B 세포를 효과적으로 자극할 수 있는 항원 복합체, 그리고 면역증강제인 플라젤린을 안정성 높게 발현하는 특성을 가진다. 이는 그 동안 점막백신의 실용화를 가로막고 있었던 기술적 난관을 한꺼번에 해결할 수 있는 차세대 기술이다.

연구 결과, 나노케이지 형태의 백신은 기존의 항원–면역보조제 융합 백신에 비해 점막 면역반응, 기억 B세포 형성, 생성항체의 항원 결합력, 체액성 및 세포성 면역균형을 유의미하게 향상시켰다. 생쥐 모델에서 해당 백신을 비강 투여했을 때, 치명적인 폐렴구균 감염으로부터 생존율이 크게 증가했으며, 폐 조직 손상 또한 현저히 감소하는 보호 효과가 확인되었고 다른 혈청형 폐렴구균에 대한 교차방어 효과도 높게 관찰되었다.

■ 주요 연구 성과 요약

◾ 혁신적인 단백질 나노케이지 백신 개발: 페리틴 나노케이지 위에 항원(tPspA)과 면역보조제(FlaB)를 동시 탑재한 다가 백신 설계

◾ 효율적인 면역 유도 메커니즘 규명: 점막을 통해 전달된 백신이 항원제시세포(APC)를 효과적으로 활성화하며 강력한 B세포 및 T세포 면역반응 유도

◾ 우수한 면역 보호 효과 입증: 나노케이지 백신을 비강 투여한 생쥐 모델에서 높은 수준의 분비형 IgA(sIgA), 균형 잡힌 Th1/Th2/Th17 반응 유도, 기존 백신 대비 폐조직 손상 감소 및 향상된 생존율 확인

◾ 다양한 혈청형에 대한 면역 보호 가능성 제시: 백신 접종 생쥐에서 광범위한 혈청형의 폐렴구균에 대한 보호 반응 유도

연구책임자인 이준행 교수(전남대 의과대학 미생물학교실)와 이시은 교수(전남대 치의학전문대학원 치과약리학교실)는 “이번 연구는 점막 백신 분야에서 중요한 진전을 이룬 것으로, 향후 다양한 감염병 예방을 위한 백신 개발의 핵심 기반이 될 것”이라고 밝혔다. 본 연구에는 Tien Duc Nguyen 박사가 제1저자로 참여했으며, 전남대 의학과 정현석 학생은 미생물학교실 최윤주 교수의 지도 아래 나노케이지 백신의 구조를 과학적으로 예측하는 연구를 수행했다.

특히, 이번 연구는 대부분의 상용 점막 백신이 살아있는 약독화 균 또는 불활화 균에 기반한 것과 달리, 보다 안전하고 정밀한 단백질 서브유닛 기반 백신의 새로운 대안을 제시했다는 점에서 주목받고 있다.

연구 결과는 감염병 예방 및 치료 백신 개발에 새로운 가능성을 제시했으며, COVID-19 팬데믹 이후 주목받고 있는 점막 면역 기반 백신 기술의 발전에도 크게 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 향후 단백질 나노케이지 기반 백신 플랫폼을 다양한 감염성 및 비감염성 질환으로 확대 적용할 계획이다.