2023년 노벨 생리의학상, Katalin Karikó와 Drew Weissman에게 수여

 (nobelprize.org)
2P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 2개
  • COVID-19 팬데믹에서 빠른 백신 개발을 가능하게 한 mRNA 백신 기반 발견으로 Katalin Karikó와 Drew Weissman이 2023년 노벨 생리의학상을 공동 수상함
  • 두 사람의 연구는 mRNA가 면역계와 상호작용하는 방식을 새롭게 이해하게 했고, 2020년 초 시작된 팬데믹 대응 속도를 크게 높였음
  • 기존 백신 생산은 전체 바이러스, 단백질, 벡터 방식에 대규모 세포 배양이 필요해 급박한 감염병 확산에 빠르게 대응하기 어려웠음
  • 2005년에는 염기 변형 mRNA가 염증 반응을 거의 없앨 수 있음을 보였고, 2008년과 2010년에는 변형 mRNA가 단백질 생산을 크게 늘린다는 결과를 발표함
  • SARS-CoV-2 표면 단백질을 암호화한 두 개의 염기 변형 mRNA 백신은 2020년 12월 승인됐고, 약 95% 보호 효과와 전 세계 130억 회 이상 접종으로 이어짐

수상 결정과 핵심 공로

  • Karolinska Institutet의 Nobel Assembly는 2023년 노벨 생리의학상을 Katalin Karikó와 Drew Weissman에게 공동 수여하기로 결정함
  • 수상 사유는 COVID-19에 대한 효과적인 mRNA 백신 개발을 가능하게 한 뉴클레오사이드 염기 변형 발견임
  • 이 발견은 mRNA와 면역계의 상호작용에 대한 이해를 근본적으로 바꿨고, 현대의 큰 보건 위기였던 팬데믹에서 전례 없는 백신 개발 속도에 기여함

기존 백신 기술이 가진 속도 한계

  • 백신은 특정 병원체에 대한 면역 반응을 유도해, 이후 노출 시 몸이 더 빨리 질병에 대응하도록 함
  • 사멸 또는 약독화 바이러스 기반 백신은 오래전부터 사용돼 왔으며, 소아마비, 홍역, 황열병 백신이 대표적임
    • Max Theiler는 황열병 백신 개발로 1951년 노벨 생리의학상을 받음
  • 분자생물학 발전으로 전체 바이러스가 아니라 개별 바이러스 구성 요소를 기반으로 한 백신도 개발됨
    • 바이러스 표면 단백질을 암호화하는 유전 정보를 이용해 항체 형성을 유도하는 방식이 있음
    • B형 간염 바이러스와 인유두종바이러스 백신이 예시임
  • 바이러스 유전 정보 일부를 무해한 운반 바이러스 벡터로 옮기는 방식도 사용됨
    • 에볼라 바이러스 백신에 적용됨
    • 벡터 백신이 주입되면 선택된 바이러스 단백질이 세포에서 만들어지고, 표적 바이러스에 대한 면역 반응을 자극함
  • 전체 바이러스, 단백질, 벡터 기반 백신 생산에는 대규모 세포 배양이 필요함
    • 이 자원 집약적 과정은 발병과 팬데믹 상황에서 빠른 백신 생산을 어렵게 함
    • 연구자들은 오래전부터 세포 배양에 의존하지 않는 백신 기술을 찾으려 했지만 쉽지 않았음

mRNA 백신 아이디어와 초기 장애물

  • 세포 안에서 DNA에 암호화된 유전 정보는 메신저 RNA(mRNA) 로 전달되고, mRNA는 단백질 생산의 주형으로 쓰임
  • 1980년대에는 세포 배양 없이 mRNA를 생산하는 효율적 방법인 시험관 내 전사(in vitro transcription) 가 도입됨
    • 이 방법은 여러 분야에서 분자생물학 응용 개발을 가속함
    • mRNA 기술을 백신과 치료에 쓰려는 아이디어도 확산됨
  • 임상 목적의 mRNA 기술에는 여러 장애물이 남아 있었음
    • 시험관 내 전사 mRNA는 불안정하고 전달이 어렵다고 여겨짐
    • mRNA를 감싸기 위한 정교한 지질 운반체 시스템이 필요했음
    • 시험관 내 생산 mRNA는 염증 반응을 일으켰음
  • Katalin Karikó는 mRNA를 치료에 활용하는 방법 개발에 집중함
    • 1990년대 초 University of Pennsylvania 조교수였을 때 연구비 지원자를 설득하는 데 어려움을 겪으면서도 mRNA 치료 가능성에 대한 비전을 유지함
  • Drew Weissman은 면역 감시와 백신 유도 면역 반응 활성화에 중요한 수지상세포에 관심이 있었음
    • Karikó와 Weissman의 협력은 서로 다른 RNA 유형이 면역계와 어떻게 상호작용하는지에 초점을 맞춤

염기 변형이 염증 반응을 줄인 발견

  • Karikó와 Weissman은 수지상세포가 시험관 내 전사 mRNA를 외부 물질로 인식해 활성화되고, 염증성 신호 분자를 방출한다는 점을 관찰함
  • 반면 포유류 세포에서 나온 mRNA는 같은 반응을 일으키지 않았고, 두 연구자는 mRNA 유형을 구분하는 중요한 특성이 있다고 판단함
  • RNA는 A, U, G, C 네 가지 염기를 포함하며, 이는 DNA의 A, T, G, C에 대응함
    • 포유류 세포 RNA의 염기는 자주 화학적으로 변형됨
    • 시험관 내 전사 mRNA에는 그런 변형이 없음
  • 두 연구자는 염기 변형 부재가 원치 않는 염증 반응을 설명할 수 있는지 확인하기 위해, 각기 다른 화학적 염기 변형을 가진 mRNA 변형체를 만들어 수지상세포에 전달함
  • 결과는 뚜렷했음
    • mRNA에 염기 변형이 포함되자 염증 반응이 거의 사라짐
    • 세포가 서로 다른 형태의 mRNA를 인식하고 반응하는 방식에 대한 이해가 바뀜
    • 이 결과는 COVID-19 팬데믹보다 15년 앞선 2005년에 발표됨

단백질 생산 증가와 임상 적용 장벽 제거

  • Karikó와 Weissman은 2008년과 2010년에 발표한 추가 연구에서 염기 변형 mRNA 전달이 변형되지 않은 mRNA보다 단백질 생산을 크게 늘린다는 점을 보임
  • 이 효과는 단백질 생산을 조절하는 효소의 활성화가 줄어든 데서 비롯됨
  • 염기 변형은 두 가지 핵심 문제를 동시에 줄였음
    • 염증 반응 감소
    • 단백질 생산 증가
  • 이 발견들은 mRNA의 임상 적용으로 가는 길에서 중요한 장애물을 제거함

COVID-19 백신 개발로 이어진 적용

  • mRNA 기술에 대한 관심은 커졌고, 2010년에는 여러 회사가 이 방법 개발에 참여하고 있었음
  • Zika 바이러스와 MERS-CoV 백신 개발도 추진됨
    • MERS-CoV는 SARS-CoV-2와 밀접하게 관련됨
  • COVID-19 팬데믹 발발 후, SARS-CoV-2 표면 단백질을 암호화하는 두 개의 염기 변형 mRNA 백신이 기록적인 속도로 개발됨
    • 약 95% 보호 효과가 보고됨
    • 두 백신은 2020년 12월에 승인됨
  • mRNA 백신의 유연성과 개발 속도는 다른 감염병 백신에도 이 플랫폼을 사용할 가능성을 열었음
  • 이 기술은 향후 치료용 단백질 전달과 일부 암 치료에도 사용될 수 있음

접종 규모와 주요 연구

  • SARS-CoV-2에 대해서는 서로 다른 방법론을 기반으로 한 다른 백신들도 빠르게 도입됨
  • 전 세계적으로 COVID-19 백신은 130억 회 이상 투여됨
  • 백신은 수백만 명의 생명을 구했고, 더 많은 사람의 중증 질환을 예방했으며, 사회가 다시 열리고 정상 상태로 돌아가는 데 기여함
  • 주요 발표 연구는 다음과 같음
    • Karikó, Buckstein, Ni, Weissman, “Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA”, Immunity, 2005
    • Karikó 외, “Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability”, Molecular Therapy, 2008
    • Anderson 외, “Incorporation of pseudouridine into mRNA enhances translation by diminishing PKR activation”, Nucleic Acids Research, 2010
  • 더 자세한 과학적 배경은 Discoveries concerning nucleoside base modifications that enabled the development of effective mRNA vaccines against COVID-19에 정리돼 있음

함께 보면 좋은 글 β

xguru   [-]

커리코가 받을꺼라고 예상했는데 역시나 ㅎㅎ

mRNA 관련해서 이 영상 재미납니다. https://www.youtube.com/watch?v=hQVNdtLFGaY

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • Karikó 박사의 사례를 보면, 잠재적으로 획기적인 생명과학 연구가 얼마나 많이 무시되고 있는지, YC 같은 조직이 그런 스타트업을 알아볼 장치를 충분히 갖췄는지 의문이 듦
    Karikó는 당시에는 터무니없어 보이던 아이디어를 추진하려고 연구비가 필요했지만 받지 못했고, 더 평범한 연구가 보상받았음. 주요 학술지도 논문을 거절했고, 결국 Immunity에 실렸을 때도 거의 주목받지 못함. Weissman 박사는 제약사와 벤처투자자에게 이야기했지만 아무도 신경 쓰지 않았고, “우리는 많이 외쳤지만 아무도 듣지 않았다”고 했음
    https://www.nytimes.com/2021/04/08/health/coronavirus-mrna-k...

    • “새로운 과학적 진리는 반대자들을 설득해 빛을 보게 해서 승리하는 것이 아니라, 반대자들이 결국 죽고 그것에 익숙한 새 세대가 자라나면서 승리한다” — Max Planck
    • 학계에는 터무니없어 보이는 아이디어를 좇는 사람이 정말 많고, 과학자들을 탓하기는 어려움
      오히려 과학자들은 새 아이디어에 가장 열린 편이지만, 나쁜 아이디어를 걸러내는 것도 업무의 일부임. 끊임없이 쏟아지는 그럴듯한 아이디어에 단련되다 보니 모두를 추적할 수는 없음. 그래서 이 이야기는 혁명적 아이디어 역사에서 꽤 전통적인 패턴으로 보이고, John Snow와 콜레라의 사례처럼 받아들여지기까지 오랜 시간과 많은 생명이 필요했음
    • NYTimes의 “Published April 8, 2021 Updated Oct. 2, 2023, 9:59 a.m. ET” 표기는 정말 짜증남
      원문 기사는 사라지고, 정확성 외의 이유—예를 들면 서사적 일관성—로 내용이 삭제됐을 수도 있는 계속 변하는 페이지만 남았음. 그냥 새 기사를 쓰면 될 일임
    • 거의 모든 획기적 아이디어는 드러난 뒤에도 한동안 무명과 무시를 거쳤음
    • 정부 지원 연구비 제도는 망가졌고, 결국 반향실에 자금을 대는 구조처럼 보임
      쉽지는 않았어도 제약사들은 결국 투자했음

  • Karikó 인터뷰가 좋았음: https://josephnoelwalker.com/147-katalin-kariko/
    삶이 아주 흥미로워서 회고록을 쓰면 좋겠다고 생각했는데, 10월 10일 회고록이 나옴: https://www.penguinrandomhouse.com/books/706251/breaking-thr...

  • mRNA 백신으로 노벨상이 나올 거라고 생각했는데, 충분히 받을 만하고 앞으로 수십 년 동안 영향이 이어질 것임
    배경을 보자면, 독감 백신은 오랫동안 “달걀 문제”가 있었음. 백신을 무균 환경의 닭걀에서 배양하고, 미국 정부는 매년 수십억 달러를 들여 이 생산 라인을 유지함. 유행할 독감 균주를 고른 뒤 백신이 나오기까지 4~5개월이 걸리고, 생산 라인도 빠르게 확장하기 어려움. 달걀 알레르기가 있는 사람은 일반적으로 독감 백신을 맞기 어렵기 때문에 접종 전 질문을 받는 것임
    미국 정부는 수십 년 동안 이 시스템에서 벗어나기 위한 연구에 자금을 댔고, 그 결과가 mRNA 백신으로 이어졌음. 닭걀이 필요 없고 백신 생산 선행 시간이 거의 즉시 수준으로 줄어듦. Covid 때 후보 백신이 며칠 만에 만들어진 것도 이 때문임. 너무 급하게 만들어져 안전하지 않다는 음모론으로 이어졌지만, 빠른 백신 전환 자체가 수십 년 연구의 목적이었을 뿐임. 앞으로는 지금까지 백신을 만들지 못했던 질병에도 mRNA 백신이 적용될 것임

    • 그 기술의 미래에 대해서는 맞는 말이길 바람
      다만 “수십 년 연구의 결실이니 서둘러 만든 게 아니다”라는 해석을 초기 항공기에도 똑같이 적용할 수 있을지는 의문임. Wright 형제가 비행기를 띄웠을 때도 인류는 수천 년 동안 비행을 연구해 왔음. 그렇다고 그 비행기에 올라 대서양을 건널 것인가, 아니면 아직 결함을 다 해결하지 못했을 수 있다는 “음모론”에 빠질 것인가?

  • 학술기관이 내부의 최고 인재를 알아보지 못하는 일이 잦다는 좋은 상기임: https://www.nytimes.com/2021/04/08/health/coronavirus-mrna-k...
    Karikó 박사는 University of Pennsylvania에서 오랫동안 불안정한 경력을 이어갔고, 실험실을 옮겨 다니며 여러 선임 과학자에게 의지해야 했으며, 연봉은 한 번도 6만 달러를 넘지 못했음

    • 요즘 학계에서 잘되는 사람들은 점진적 발전 논문을 대량으로 찍어내는 데 집중하는 쪽으로 보임
      연구비 신청서를 잘 쓰는 교수도 유리함. 그 연구비로 많은 대학원생을 고용해 점진적 발전과 논문 생산을 더 할 수 있기 때문임. 진짜 발견에 집중하고, 정말 중요한 말을 할 때까지 많이 출판하지 않는 개인은 이 구조에 잘 맞지 않음
    • 이건 지위의 문제에 더 가까워 보임
      Karikó는 헝가리에서 박사학위를 받았고 Temple U.에서 박사후연구원을 했으니 엘리트 경력은 아니었음. Penn에서는 “낮은 직급인 연구 조교수였고, 영구적인 정년보장 직위로 이어지도록 설계된 자리가 아니었다”고 함. 이후 상사가 떠나자 실험실도 재정 지원도 없이 남았고, 다른 실험실이 받아줘야만 Penn에 남을 수 있었음
      Karikó는 비정년·겸임 트랙에 배치됐고, 무엇을 하든 크게 달라지지 않았음. 민간기업에서도 이런 일은 생김. 문제는 재능과 성과를 놓치는 엘리트주의이고, 노골적이고 명백한 결함임
      미국에는 불완전하더라도 엘리트주의와 계급을 적극적으로 거부하는 문화가 오래 있었음. “모든 인간은 평등하게 창조됐다”, “모든 사람이 왕”, 능력주의, 노력하면 무엇이든 이룰 수 있다는 믿음, 기회의 땅, 아메리칸 드림 같은 것들임. 이런 평등과 타인에 대한 존중이 투표의 기반이기도 함
      그런데 요즘의 지배적 유행은 일종의 신반동주의처럼 이를 밀어붙이기보다 거부하고 조롱하는 쪽임. 많은 사람이 편견과 배제를 정당화하고, 개인의 자아와 탐욕을 받아들이며, 공공선을 비웃을 방법을 찾음. 보편적 권리와 기회, 평등을 받아들이면 자유주의적 이상도 피할 수 없고, 바로 그것이 반동주의의 표적이기 때문이라고 봄
    • 노벨상 위원회도 솔직히 더 낫지는 않음
      위대한 과학적 성취를 오랜 시간이 지난 뒤에야 인정해 온 역사가 있고, 그 사이 과학자가 사망하면 수상 자격을 잃기도 함
      https://www.nature.com/articles/d41586-023-03086-3
    • “World War Z”의 12번째 사람 장면이 계속 떠오름
      이스라엘인이 자기 역할은 합의에 반대하는 것이라고 설명하고, 혹시 모를 경우에 대비해 그에 맞춰 계획할 권한과 자원을 받는 장면임. 연구비에도 여러 버킷이 있었으면 함. 장기 도박용으로 적당한 버킷, 더 작은 괴짜용 버킷까지 있으면 좋겠음. 이런 모델을 공식화하면 “세금 낭비”식 반발도 미리 줄일 수 있음
      납세자로서 연구자, 예술가, 기자, 음악가, 여러 괴짜들이 굶지 않고 일할 수 있도록 어떤 형태의 기본소득을 받는다면 기쁠 것 같음. 늘 있는 낭비와 선심성 예산 규모를 생각하면 천재 지원금은 반올림 오차에 불과함. 1000건 중 1건만 터져도 사회에는 훌륭한 거래이고, 최고의 투자일 수 있음
    • 생존자 편향임
      사업 성공 이야기에서는 늘 나오는 개념인데 여기서는 아직 안 나왔음. 기관들은 결국 아무 성과로 이어지지 않는 연구도 자주 알아보지 못함. 말할 수 있는 건 소음이 너무 많아서 보석을 찾기 어렵다는 정도임

  • 인간을 대상으로 한 최초의 실용적이고 대규모 배포 가능한 원격 코드 실행인가, 아니면 더 이른 사례가 있었나?
    특히 페이로드에 슈도유리딘(Ψ)을 살짝 도입해 항바이러스가 본 적 없어 무시하게 만든, 말도 안 되게 효과적인 항바이러스 우회가 재미있었음. 이런 우회는 확실히 노벨상을 받을 만함

    • 모든 바이러스는 “원격 코드 실행”임. 약독화 바이러스나 재활용한 바이러스 벡터로 만든 백신도 포함됨
      mRNA 기술은 많은 군더더기를 제거하고, 아주 작은 mRNA 가닥을 대량 생산해 직접 전달하는 것에 가까움
    • 컴퓨터 용어 바이러스가 생물학적 바이러스와 비슷해서 그렇게 붙은 것임
      반대가 아님
    • 어느 정도는 맞음
      진짜 질문은 이제 도핑에 언제 쓰일 것이냐임. 솔직히 이미 쓰이고 있을지도 모른다고 의심함
    • 사실상 정확히 그런 것에 가까움

  • 모든 것을 시작한 2005년 논문은 이거임: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16111635/
    비전문가로서 이런 고도로 기술적인 논문을 무작위로 읽기 시작했을 때 그 중요성을 이해할 수 있을지 자주 궁금함. 아마 적절한 기반 지식 없이는 어렵겠음

    • 원래의 Yamanaka iPS 논문을 읽을 수 있는지 한번 봐도 좋음: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(06)00976-7
      학부생 때 읽었는데 정말 재미있었음. 이런 돌파구를 원 논문을 따라가며 설명하는 YouTube 채널을 시작할까 생각 중이고, 관심 있다면 몇 개 만들었을 때 포커스 그룹으로 연락하겠음
    • 20년 동안 인용이 약 2000회뿐이라는 게 놀라움. 영향력을 생각하면 의외임
      중요한 논문도 인용 수가 제대로 알아보지 못하는 사례임. 반대로 Doudna와 Charpentier의 논문은 12년 전에 나왔는데 1만7000회 인용됐음. 재미 삼아 Immunity가 심사평을 공개해서 20년이 지난 지금 무엇이 달라졌는지 보여주면 좋겠음
    • https://fermatslibrary.com/가 마음에 들 수 있음
    • 논문을 읽으면서 ChatGPT와 Wikipedia를 적절히 쓰면 대략적인 감은 잡을 수 있으니 한번 시도해볼 만함

  • 충분히 받을 만함. 팬데믹 훨씬 전부터 암 치료 백신에 관심이 있어 mRNA 백신을 지켜봐 왔는데, 이 기술은 놀랍고 생산 단계까지 끌고 오기 위해 정말 많은 싸움이 필요했음
    기술의 속도와 유연성은 진짜 큰 진전임

  • 이들의 기념비적 논문이 Nature에서 데스크 리젝됐다는 걸 생각하면 웃어야 할지 울어야 할지 모르겠음

    • PCR을 개발한 사람들이 학회에서 결과를 발표했는데 아무도 관심을 보이지 않았다는 이야기가 떠오름
      마지막 날 어떤 사람이 발표 제목을 보고 “정말 작동하나요?”라고 물었고, 작동한다고 하자 “세상에”라고 했다고 함
    • 비학계 사람인데, “데스크 리젝”이 뭔지 궁금함
    • 평생 그 이야기로 밥벌이할 수 있겠음. “Nature가 내 연구를 데스크 리젝했던 때 이야기를 해주지…”

  • 더 잘 아는 사람에게 궁금한데, 왜 이 노벨상은 이 두 사람에게만 가고 Özlem Türeci와 Uğur Şahin은 빠졌을까?
    네 사람은 이전 상들을 함께 받았고, Özlem Türeci와 Uğur Şahin의 BioNTech가 수십 년 연구 끝에 백신을 시장에 내놓았음. 두 사람은 억만장자라 잘 지내겠지만, 그 발견과 기술에 큰 기여를 했는데 이런 큰 상에서 빠지면 꽤 아플 것 같음

    • 노벨 생리의학상은 의약품을 시장에 내놓은 사람에게 주는 상이 아님
      영향력이 큰 기초 발견을 보상하기 위한 상임
    • 수상 대상인 발견은 BioNTech 이전에 이루어졌음

  • 흥미롭게도 어제 네 번째 Covid 백신과 독감 주사를 같이 맞았음
    2021년에 두 번, 2022년에 한 번, 어제 네 번째를 맞았고, 백신은 정말 축복임. 아직 한 번도 Covid에 걸린 적 없음

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