그들의 접근 방식은 생쥐와 흰족제비를 대상으로 한 실험에서 잘 작동했으며 보다 광범위하게 보호하는 인플루엔자 백신을 제공하고 해당 연도의 바이러스 버전에 맞는 연간 주사에 대한 의존도를 줄일 수 있다. 백신이 있어도 인플루엔자는 전 세계적으로 매년 약 50만 명의 목숨을 앗아간다.

사이언스 중개 의학 저널에 설명된 이 새로운 백신 접근 방식은 모든 버전의 바이러스를 막을 수 있는 오래 지속되는 보편적 독감 백신을 개발하려는 5년 간의 노력의 일부이다.

인플루엔자 균주는 예를 들어 H5N1이라는 약식 코드로 지칭되며, 이는 두 가지 특정 표면 단백질의 어떤 맛을 운반하는지 설명한다. H(때때로 HA)는 인간 세포의 수용체에 결합하는 막대사탕 모양의 단백질인 헤마글루티닌으로, 바이러스를 세포 내부로 유입시키는 첫 번째 단계이다. N은 새로 만들어진 바이러스가 숙주 세포를 탈출하여 계속해서 다른 세포를 감염시킬 수 있게 하는 두 번째 단백질인 뉴라미니다제이다.

연구를 이끈 듀크대학교 분자유전학 및 미생물학 부교수 니콜라스 히튼(Nicholas Heaton)은 “바이러스 입자에는 뉴라미니다제보다 헤마글루티닌이 5~10배 더 많이 들어 있다”고 말했다.

“당신이 독감으로부터 보호받을 가능성이 있는지 알아보기 위해 혈액을 채취한다면, 우리는 당신에게 일어날 가능성이 있는 일에 대한 가장 좋은 척도로서 헤마글루티닌에 대한 항체의 작용을 측정할 것이다. 보호의 가장 강력한 상관관계는 헤마글루티닌 지향 면역과 관련이 있다."

백신은 다가오는 독감 시즌에 가장 위협적일 것으로 예상되는 인플루엔자 버전에 맞게 특별히 맞춤화된 바이러스 조각에 반응하도록 면역 체계를 가르친다. 매년 가을마다 새로운 독감 예방 주사가 필요한 이유는 백신이 닳아서가 아니다. 인플루엔자 바이러스가 백신의 표적이 되는 표면 단백질을 끊임없이 변화시키기 때문이다.

독감 예방 주사와 면역 체계는 줄기보다는 전구 모양의 헤마글루티닌 "머리"를 표적으로 삼는 경향이 있다. 그러나 머리 부분의 세부 사항도 지속적으로 변경되어 백신 설계와 바이러스 간의 군비 경쟁이 발생합니다. 이에 비해 줄기는 훨씬 덜 변경된다.

히튼은 "여러 그룹이 전체 헤마글루티닌을 실험적으로 돌연변이시키고 '어느 부분이 변할 수 있고 여전히 헤마글루티닌이 기능하도록 허용하는가?'에 대해 질문했다."라고 말한다. "그리고 대답은 실제로 줄기를 바꿀 수 없고 그것이 계속 작동할 것이라고 기대할 수 없다는 것이다."

그래서 듀크 팀은 머리보다는 줄기에 더 초점을 맞춘 면역 반응을 이끌어내는 단백질을 설계하려고 했다.

“바이러스는 면역체계가 이러한 것(머리 부분의 특징)을 인식하도록 진화했다. 그러나 이는 바이러스가 변경할 수 있는 형태이다. 이는 교활한 전략이다.”라고 히튼은 말한다.

그들은 유전자 편집을 사용하여 머리 도메인 바로 윗부분의 한 부분에 변화가 있는 80,000개 이상의 헤마글루티닌 단백질 변형을 만든 다음 이러한 변형의 혼합물로 채워진 백신을 생쥐와 흰담비에게 테스트했다.

면역 체계에 제시되는 다양한 머리 형태와 줄기의 상대적 일관성으로 인해 이러한 백신은 이에 반응하여 헤마글루티닌의 줄기 부분에 대해 더 많은 항체를 생성했다.

히튼은 “면역체계가 필요에 따라 머리 부분을 계속해서 볼 수 있는 기회가 손상된다. 거기에는 다양성이 있기 때문이다.”라고 말한다.

실험실 테스트와 동물에서 실험용 백신은 줄기 영역이 일관성을 유지했기 때문에 면역 체계가 줄기 영역에 더 강력하게 반응하도록 했다. 이는 백신에 대한 면역 반응을 전반적으로 향상시켰고, 어떤 경우에는 단백질의 머리 부분에 대한 항체 반응도 향상시켰다.

"줄기에 대한 항체는 다르게 작동한다"라고 히튼은 말한다. “그들의 보호 메커니즘은 반드시 감염의 첫 단계를 차단하는 것은 아니다. 그래서 우리의 생각은 '우리 둘 다 제공하는 백신을 만들 수 있다면 어떨까? 좋은 머리 항체를 얻는 동시에 백신 선택이 잘못되었거나 전염병이 발생할 경우 줄기 항체도 얻을 수 있다면 어떨까?'”

히튼은 “본질적으로 논문에서는 그렇다. 우리는 그것을 달성할 수 있다고 말한다.”라고 말한다.

일부 실험에서 고도로 변이된 백신을 접종한 후 쥐의 100%가 치사량의 독감 바이러스로 인한 질병이나 사망을 피했다.

연구의 다음 단계에서는 80,000개 미만의 헤마글루티닌 변이체를 제시함으로써 동일한 수준의 면역성을 얻을 수 있는지 이해하려고 시도할 것이다.

NIH/국립 알레르기 및 전염병 연구소가 이 연구에 자금을 지원했다. 이 연구에는 NIH/NIAID로부터 건설에 대한 부분적인 지원을 받은 Duke 지역 생물차단 연구소의 사용이 포함되었다.

니콜라스 히튼과 공동저자인 자오첸 루오는 이 연구를 위해 대규모 항원 라이브러리를 만드는 데 사용되는 방법에 대한 특허를 보유하고 있다.

출처: 듀크대학교