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백신 접종에 의한 코로나바이러스감염증-19 예방 원리

예방을 위해 백신을 접종받으면 인체 내에 들어온 백신의 항원 성분이 면역세포(B세포)를 자극한다. 백신의 항원 성분은 백신 종류에 따라 다른데, 유전정보, 항원 단백질, 사멸화되거나 약화된 바이러스 등을 포함한다. B세포는 백혈구에 속하는 림프구의 일종으로 항체를 생산하는 면역세포를 말한다.

항원에 의해 자극된 B세포에서는 바이러스를 제거할 수 있는 중화항체를 만들어, 인체 내에 보관하게 된다. 이런 과정을 통해 면역 효능이 인체 내에 생성된다. 코로나바이러스가 호흡기를 통해 인체에 침입하면 몸속의 있는 중화항체, 또는 몸 속에서 직접 바이러스를 죽이거나 면역 조절물질을 분비하는 T세포가 코로나바이러스를 제거하게 되며, 이를 통해 코로나바이러스감염증-19의 감염을 예방한다.

ⓒ 식품의약품안전처 | CC BY-NC-SA

개발 방식

메신저 리보핵산(mRNA) 백신

메신저 리보핵산(mRNA) 백신은 항원 유전자를 RNA 형태로 주입해 체내에서 항원 단백질을 생성해 면역반응을 유도하는 백신이다. 바이러스에 대한 항체를 생성하도록 하는 유전정보(mRNA)를 제공하여 인체 내 세포가 이 유전정보를 읽어낸 후 바이러스 혹은 바이러스 단백질의 일부를 생성하도록 하여 인체 내에 바이러스에 대항하는 면역체계를 형성하도록 하는 방식의 백신이다.

메신저 리보핵산 백신은 생산 과정에서 단백질이나 바이러스를 배양하지 않기 때문에 제조 기간이 짧아 신속하게 단기간 내에 대량생산이 가능하나, RNA 분해효소(RNase)에 쉽게 주성분인 RNA가 분해되어 안정성이 좋지 않기 때문에 -20℃ 또는 –75±15℃의 초저온 콜드체인이 필요하다. 이 방식으로 개발된 백신은 코로나바이러스감염증-19 백신이 최초이다.

단백질 재조합 백신(단백질 서브유닛 백신)

단백질 재조합 백신은 유전자재조합 기술을 이용해 만든 항원 단백질을 직접 주입하여 면역반응을 유도하는 것으로 가장 많이 사용되는 백신 플랫폼 중 하나이다. ‘단백질 서브유닛 백신’이라고도 한다. 인체에 무해한 상태의 바이러스 단백질을 조합하여 인체 내에 투입, 인체 내 면역체계에서 그 단백질이 우리 몸에 속하는 단백질이 아니라는 것을 인식하고 면역체계를 만들기 시작하는 것을 이용하는 방식이다.

재조합 항원 단백질만으로는 면역반응이 낮을 수 있어 일반적으로 면역증강제(알루미늄염 등)가 포함된 제형이 필요하며, 오랜 기간 사용으로 안전성이 높은 백신으로 알려져 있다. B형간염 백신이나 인유두종바이러스 백신(자궁경부암 백신) 등이 재조합 백신에 해당한다. 2021년 8월 10일 국내 개발 백신 가운데 최초로 3상 임상단계에 돌입하고, 2022년 6월 29일 식품의약품안전처에서 품목허가된 에스케이바이오사이언스의 스카이코비원멀티주(GBP510)도 단백질 재조합 백신이다.

바이러스 전달체(벡터) 백신

바이러스 전달체(벡터) 백신은 항원 유전자를 인체에 무해한 아데노바이러스 등 다른 바이러스 주형에 주입해 체내에서 항원 단백질을 생성함으로써 면역반응을 유도하는 백신이다. 메신저 리보핵산(mRNA) 백신에 비해 상대적으로 열에 안정적인 특징이 있으며, 살아있는 아데노바이러스를 사용하므로 생백신(4℃)에 준하는 콜드체인이 필요하다. 바이러스 전달체 백신인 아스트라제네카 백신은 침팬지에게만 감염되는 아데노바이러스를 전달체로 사용한다.

불활화 백신(사백신)

불활화 백신은 바이러스를 사멸시켜 항원으로 체내에 주입하여 면역반응을 유도하는 전통적인 백신 플랫폼으로, A형 간염백신, 주사용 소아마비 백신 등 많은 백신이 개발되어 있다. 감염병의 바이러스를 확보했을 때 신속하게 개발이 가능하고 제조방법이 단순하며, 중화항체 유도가 우수하다는 특징이 있다.

그러나 코로나바이러스감염증-19 백신 개발의 경우에는 생물안전등급(BL, Biosafety level) 3급의 생산시설이 필요하다. 생물안전등급은 감염성병원체를 안전하게 다루는데 필요한 차폐수준을 말하며 위험 수준에 따라 BL1부터 BL4까지 구분하는데, 등급이 높을수록 위험한 미생물을 다룰 수 있다.

백신의 종류

코로나바이러스감염증-19의 예방을 위해 개발된 주요 백신은 메신저 리보핵산(mRNA) 방식의 화이자 백신과 모더나 백신, 바이러스 벡터 방식의 아스트라제네카 백신과 얀센 백신, 단백질 재조합(서브유닛) 방식의 노바백스 백신 등이 있다. 이밖에 러시아 러시아 보건부 산하 가말레야국립전염병미생물학센터와 국방부 산하 제48중앙과학연구소와 공동 개발한 백신인 스푸트니크V, 시베리아 노보시비르스크의 벡토르센터에서 개발한 백신 에피박코로나와 중국의 백신전문업체 시노백에서 개발한 백신이 있으나 아직 임상시험 단계에 있는 것으로 알려져 있다. 시노백 백신은 바이러스를 사멸시켜 항원으로 사용하는 불활화 백신(사백신)이다.

화이자 백신

미국의 제약회사 화이자(Pfizer, 파이저)와 독일 바이오엔테크가 공동 개발한 백신이다. 화이자 백신은 메신저 리보핵산 백신(mRNA백신)으로 '메신저 리보핵산'을 환자 세포에 직접 투여해 감염원에 대항하는 항체 단백질의 체내 생성을 유도하여 감염을 예방하도록 한다.

모더나 백신

미국의 생명공학기업 모더나(Moderna)가 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립알레르기·전염병연구소(NIAID)와 공동 개발한 백신이다. 모더나 백신은 메신저 리보핵산 백신(mRNA백신)으로 '메신저 리보핵산'을 환자 세포에 투여해 인체 내에 감염원에 대항하는 항체 단백질이 생성될 수 있도록 한다.

아스트라제네카 백신

다국적 제약사 아스트라제네카와 영국 옥스퍼드대학교에서 공동 개발한 백신이다. 바이러스 전달체(벡터) 방식의 백신으로, 아데노바이러스를 이용한다. 바이러스 벡터를 인체 내에 주입하면, 세포 내에서 질환을 유발하는 바이러스 고유 단백질이 복제 생성되는데, 이 세포가 인체 내에서 항원으로 작용하여 바이러스에 대한 면역체계를 만들어낸다.

얀센 백신

존슨앤존슨 계열 제약사 얀센에서 개발한 백신이다. 바이러스 전달체(벡터) 방식의 백신으로, 아데노바이러스26형(Ad26)을 운반체로 사용한다. 바이러스 벡터를 인체 내에 주입하여 인체 세포 내에서 질환 바이러스의 고유 단백질을 생성하도록 하는데, 이 단백질이 인체 내에서 항원으로 작용하여 바이러스에 대한 면역체계를 만들어낸다.

노바백스 백신

노바백스에서는 단백질 재조합 방식(서브유닛 방식)으로 백신 후보물질 NVX-CoV2373을 개발했다. 단백질 서브유닛 방식은 합성항원 방식이라고도 하며, 유전물질로부터 항원 단백질을 생산한 다음 이를 나노입자 형태로 체내에 투입하는 방식이다. 노바백스 백신은 코로나바이러스 표면 단백질인 스파이크 단백질과 주변 당 분자를 합성하여 인체에 투입, 면역력을 생성하는 백신 물질이다.

스카이코비원멀티주

한국의 에스케이바이오사이언스에서 단백질 재조합 방식(서브유닛 방식)으로 개발한 백신이다. 단백질 서브유닛 방식은 합성항원 방식이라고도 하며, 유전물질로부터 항원 단백질을 생산한 다음 이를 나노입자 형태로 체내에 투입하는 방식이다. 스카이코비원멀티주 백신은 코로나바이러스 표면 단백질인 스파이크 단백질과 주변 당 분자를 합성하여 인체에 투입, 면역력을 생성하는 백신으로, 면역반응 강화와 높은 수준의 중화항체 유도를 위해 면역증강제가 적용되었다.

임상시험에서 백신의 효과와 부작용

화이자 백신은 임상시험 3상 결과 95%의 예방 효과를 보였으며, 모더나 백신은 94.5%의 예방 효과를 보였다. 아스트라제네카 백신은 3상 임상시험 결과 투약 방법에 따라 높게는 90%의 예방 효과를 보였으나 평균적으로는 70.4% 수준으로 보고되었다. 화이자와 모더나 백신은 임상시험 및 접종 과정에서 알레르기 반응전력이 있는 경우에 안면마비 등의 부작용이 보고되었고, 오한·발열·피로감·두통·근육통 등의 부작용이 광범위하게 발생했으며 메스꺼움·구토·얼굴붓기 등도 드물게 보고되었다. 노바백스 백신은 중증 알레르기 반응인 아나필락시스가 부작용으로 보고되었다.

보관과 유통

화이자 백신은 -70℃ 이하 초저온 상태에서 유통해야 효능이 유지된다. 영하 –60℃~-90℃ 범위에서 6개월간 보관이 가능하며, 투여하기 전에 다른 액체와 혼합 사용한다. 해동 후에는 2~8℃ 정도에서 최대 5일간 보관이 가능하다. 모더나 백신은 –20℃에서 최대 6개월간 보관이 가능하다. 일반 가정이나 의료용 냉장고 온도인 2~8℃에서는 최대 30일간, 실온에서는 12시간 보관할 수 있다.

아스트라제네카 백신은 6개월간 냉장 상태인 2~8℃에서 보관과 운송·취급이 가능하다. 얀센 백신은 2~8℃에서 3개월, -20℃에서는 1년간 보관이 가능하다. 노바백스 백신과 에스케이바이오사이언스 백신은 다른 백신에 비해 상대적으로 온도에 안정적이어서 일반적인 냉장고 수준인 2~8℃에서 저장과 유통이 가능하다.

접종 회수

화이자 백신은 3~4주 간격으로 2회 접종해야 면역력이 확보된다. 모더나 백신은 4주 간격 2회 접종, 아스트라제네카 백신은 4주 간격 2회 접종이며 얀센 백신은 1회 접종으로 면역력이 생성되며 노바백스 백신은 3~4주 간격으로 2회 접종해야 면역력이 생성된다. 에스케이바이오사이언스 백신은 4주 간격 2회 접종으로 완료된다.

현황

코로나바이러스감염증-19의 백신을 최초로 사용 승인한 나라는 영국이다. 영국은 2020년 12월 2일 화이자 백신의 긴급 사용을 승인했다. 12월 9일 승인한 캐나다에 이어 12월 11일에는 미국 식품의약국(FDA)도 이 백신에 대한 긴급 사용을 승인, 14일부터 의료진 등 감염 위험군 중심으로 접종을 시행했다. 12월 21일에는 EU 집행위원회에서 긴급 사용을 공식 승인함에 따라 26일 독일, 헝가리, 슬로바키아의 시범 접종이 시행되었으며 27일부터 본격적으로 유럽연합 국가들의 백신 접종이 시작되었다.

미국 식품의약국(FDA)은 12월 18일 세계 최초로 모더나의 백신에 대한 긴급사용을 승인했으며 20일 질병통제예방센터(CDC)가 모더나 백신에 대한 자문위원회의 18세 이상 접종 허용 권고를 수용함에 따라 21일부터 접종이 시작되었다. 2021년 1월 6일에는 유럽연합 집행위원회가 모더나 백신의 18세 이상 대상의 조건부 판매를 승인함에 따라 유럽연합 27개국에서 접종이 시작되었다.

아스트라제네카 백신은 2020년 12월 30일 영국 의약품건강관리제품규제청(MHRA)의 권고를 받아들인 영국 보건부에 의해 긴급사용이 승인되었다. 같은 날 아르헨티나와 엘살바도르도 아스트라제네카 백신의 사용을 승인했다. 유럽의약품청(EMA)도 2021년 1월 29일 조건부 허가를 승인했다. 얀센 백신과 노바백스 백신은 2020년 9월부터 3상 임상시험이 진행되었으며, 미국 FDA는 2021년 2월 27일 얀센 백신에 대한 긴급 사용을 승인했다.

2021년 3월 11일 유럽연합은 얀센 백신에 대해 18세 이상 성인을 대상으로 조건부 판매를 승인했다.4월 30일에는 세계보건기구(WHO)가 모더나 백신의 긴급사용을 승인함에 따라 모더나 백신도 코백스 퍼실리티(COVAX facility)를 통해 여러 나라에 공급이 가능하게 되었다. 5월 10일 미국 식품의약국(FDA)은 12∼15세에 대한 화이자 백신의 긴급사용을 승인했으며 8월 23일 코로나바이러스감염증-19 백신 가운데 처음으로 화이자 백신을 정식으로 승인했다.

노바백스의 승인 아래 인도의 세룸인스티튜트(SII)가 생산하는 백신 코보백스(Covovax)는 2021년 11월 2일 인도네시아, 17일 필리핀에서 긴급사용 승인을 받았고, 12월 17일 세계보건기구(WHO)의 긴급사용 승인을 받았다. 이어 노바백스에서 개발한 백신 뉴백소비드(Nubaxovid)도 2021년 12월 20일 유럽의약품청(EMA)과 유럽연합(EU) 집행위원회, WHO에서 긴급사용 승인을 받았다. WHO의 긴급사용 승인 목록에 등재되면 국제 백신 공동구매·배분 프로젝트인 코백스를 통해 국제 사회에 공급이 가능하다.

2022년 7월 13일에는 미국 식품의약국(FDA)에서 18세 이상 대상으로 노바백스의 백신 긴급사용을 승인했다. 7월 14일 유럽의약품청(EMA)은 노바백스 백신에 중증 알레르기 반응인 아나필락시스를 부작용에 포함한다고 발표했다. 2022년 8월 15일 영국 정부는 모더나에서 개발한 2가 코로나19 백신의 사용을 승인했다. 2가 백신은 서로 다른 2가지 바이러스에 사용할 수 있는 백신으로, 모더나의 2가 코로나19 백신은 기존 코로나바이러스와 함께 2022년 들어 전 세계로 확산된 오미크론 변이 및 BA.4, BA.5 등 하위 변이에 대해서도 항원을 유발하는 것으로 보고되었다.

한국 현황

백신 품목 허가

한국에서는 아스트라제네카 백신, 얀센 백신, 화이자 백신, 모더나 백신, 노바백스 백신 등에 대한 도입을 진행했다. 화이자 백신은 2021년 1월 25일 허가가 신청되어 3월 5일에 품목 허가가 완료되었다. 얀센 백신은 2020년 12월 22일 한국에 비임상·품질 자료에 대한 사전검토가 신청되어 검토가 진행되었다. 아스트라제네카 백신은 2021년 1월 4일 허가 신청이 접수되어 식품의약품안전처에서 품목허가 심사에 착수, 2월 10일 65세 이상에 대한 접종 전 신중한 판단을 조건으로 18세 이상 사용을 위한 품목 허가를 결정했다.

코백스 퍼실리티(2천만 회분)와는 2020년 10월 9일, 아스트라제네카 백신(2천만 회분)은 11월 27일, 얀센(600만 회분)과 화이자(2천만 회분) 백신은 12월 23일, 모더나 백신(4천만 회분)은 12월 31일 계약을 체결했다.

2021년 2월 24일, 한국에서 생산한 아스트라제네카 백신의 첫 물량이 방역당국에 인도되어, 2월 26일 전국의 보건소와 요양병원, 시설에서 1차 접종 대상인 만 65세 미만 입소자와 종사자등 총 5,266명을 대상으로 접종이 시작되었다. 같은 날 코백스 퍼실리티를 통해 확보한 화이자 백신의 첫 물량도 도입되어 27일부터 코로나바이러스감염증-19 치료병원 143곳의 의료진 5만 4,498명을 대상으로 접종이 시작되었다. 2월 27일 식품의약품안전처는 얀센 백신의 심사에 착수했다. 3월 11일에는 아스트라제네카 백신에 대해 65세 이상에도 접종을 시행하기로 결정했다.

한편 코로나바이러스감염증-19 백신 접종이 시작된 후 백신 접종 후 발열·통증 등으로 근무에 어려움을 겪는 경우가 있음에 따라 접종자의 신청만으로 병가·유급휴가·업무배제 등을 활용할 수 있도록 하는 백신 휴가 제도가 3월 28일 중앙재난안전대책본부에서 확정되어 4월 1일부터 시행하기로 했다. 4월 7일, 얀센 백신이 품목허가 승인을 받았다. 5월 21일에는 식품의약품안전처에서 모더나 백신에 대해 임상시험 최종 결과 보고서 등을 제출하는 조건으로 수입품목 허가를 결정했다.

8월 10일에는 국내 개발 백신인 에스케이바이오사이언스의 GBP510 백신에 대한 3상 임상시험 계획을 승인했다. 이에 따라 국내 업체가 개발한 코로나바이러스감염증-19 백신이 최초로 3상 단계에 진입했다. GBP510 백신의 3상 임상은 아스트라제네카백신을 대조백신으로 사용하는 비교임상 방식으로 진행되며 중화항체가의 우월성·혈청반응률의 비열등성을 확인하는 개념으로 설계되었고, 한국과 동남아시아 유럽 등에서 동시에 시험에 착수했다.

2022년 1월 12일 미국 노바백스가 개발하며 한국의 에스케이바이오사이언스가 제조하는 백신인 뉴백소비드 프리필드시린지의 사용이 허가되었다. '프리필드시린지'는 주사기 내부에 1회용 약액이 채워져있는 상태로 제조되어 판매하는 제품을 뜻하는 명칭으로, 보관과 사용이 편리하다는 것이 장점이다. 18세 이상 성인이 대상이고, 3주 간격으로 2회 접종하며, 미국의 임상시험 결과 예방효과는 90.4%이다. 2022년 9월 5일부터는 노바백스 백신에 대하여 12세 이상 청소년에게도 사용 연령층이 확대되었다.

노바백스의 뉴백소비드 프리필드시린지는 2월 8일 국가출하가 승인되었다. 국가출하승인이란 백신이 시중에 유통되기 전에 제조단위별로 국가가 검정시험 결과와 제조사의 제조·시험 결과를 종합적으로 평가해 품질을 한 번 더 확인하는 제도이다. 2022년 2월 23일에는 화이자에서 개발한 5~11세용 코로나바이러스감염증-19 백신 ‘코미나티주 0.1㎎/㎖(5~11세용)’에 대한 품목 신청을 허가했다. 이 백신은 12세 이상 화이자 백신인 ‘코미나티주 0.1㎎/㎖’와 유효성분은 같으나 용법·용량이 다르며, 국내에서 최초로 승인받은 소아용 백신으로 기록되었다.

2022년 6월 29일에는 한국의 에스케이바이오사이언스에서 단백질 재조합 방식으로 개발한 스카이코비원멀티주에 대하여 식품의약품안전처에서 품목허가가 결정되었다. 스카이코비원멀티주는 면역반응 강화와 중화항체의 유도를 위해 글락소스미스클라인의 면역증강제 AS03에 적용되었으며, 임상시험 결과 최고 98%의 항체전환율을 보였다. 2~8도에서 냉장 유통과 장기 보관이 가능하며 4주 간격 2회 접종으로 완료된다. 18세 이상의 코로나바이러스감염증-19 예방 목적으로 허가되었으며, 최초의 한국산 코로나19 백신으로 기록되었다.

2022년 9월 5일부터는 노바백스 백신에 대하여 12세 이상 청소년에게도 사용 연령층이 확대되었다. 2022년 9월 8일 한국 식품의약품안전처에서는 오미크론 변이에도 항원을 발현하는 모더나의 '모더나스파이크박스2주'에 대하여 품목 허가를 결정했다.

2023 코로나바이러스감염증-19 백신 접종 기본방향

2023년 3월 22일 코로나바이러스감염증-19 예방접종대응추진단은 <2023 코로나바이러스감염증-19 백신 접종 기본방향>을 발표, 10~11월 연 1회 접종을 원칙으로 시행하며 무료 접종으로 권고하기로 했다. 다만 65세 이상 고령층과 당뇨병이나 천식이 있는 기저질환자, 요양병원 등으 감염취약시설 구성원, 면역저하자 등의 고위험군은 5~6월과 10~11월 연 2회 백신 접종을 적극 권고하기로 했다.