(mRNA-N vaccination induced protection against SARS-CoV-2 challenge in mice and hamsters. (A) Mouse experimental design and timeline. Two groups of BALB/c mice (n = 8) were intramuscularly vaccinated with PBS (mock) or mRNA-N vaccine (1 μg) at weeks 0 and 3. Two weeks after booster vaccination (week 5), mice were intranasally challenged with mouse-adapted (MA) SARS-CoV-2 (2 × 104 pfu). Two days post infection (DPI), viral loads in the lungs were analyzed to evaluate vaccine-induced protection. (B) Comparison of viral RNA copies in the mouse lungs between mock and vaccine groups are shown. Viral RNA copies were quantified by RT-PCR and expressed as log10 copies per milligram of lung tissue. (C) Comparison of viral titers in the mouse lungs between mock and vaccine group are shown. Viral titers were quantified by plaque assay and expressed as log10 FFU per gram of lung tissue. (D) Hamster experimental design and timeline. Three groups of hamsters were investigated. The first two groups (n = 12 per group) were intramuscularly vaccinated with mock or mRNA-N (2 μg) at weeks 0 and 3, followed by SARS-CoV-2 Delta challenge at week 5 and viral load analysis on 2 (n = 6) and 4 (n = 6) DPI. The third group (n = 6) received the same mRNA-N vaccine and subsequent viral challenge, except that these hamsters were intraperitoneally injected with two doses of antibodies for CD8+ T cell depletion at 6 and 3 days before viral challenge. Viral loads were analyzed on 2 DPI (n = 6). (E) Comparison of viral RNA copies in hamster lungs (log10 viral copies per milligram) between mock and vaccine group are shown for samples collected on 2 and 4 DPI. (F) Comparisons of viral titers in the hamster lungs (log10 FFU per gram) between mock and vaccine group are shown for samples collected on 2 and 4 DPI. (G) Comparison of hamster body weight loss is shown for the mock and vaccine group from days 0 to 4 DPI. (H) A comparison of viral RNA copies in the lung of hamsters (log10 viral copies per milligram) among the three groups is shown for samples collected on 2 DPI. The dashed line in (F) indicates the limit of detection. Data are presented as median and IQR where appropriate. Mann-Whitney (B, C, and G) or Kruskal-Wallis (E, F, and H) test was used for statistical analysis. *P < 0.05, **P < 0.01, and ***P < 0.001. Credit: Science Translational Medicine (2022). DOI: 10.1126/scitranslmed.abq1945)
텍사스 의대, 펜실베이니아 의대, 메이요 클리닉의 과학자들이 SARS-CoV-2의 돌기 단백질 (Spike protein, S)과 뉴클레오캡시드 단백질 (Nucleocapsid protein, N)을 모두 목표로 하는 2가 백신의 전임상 단계 실험에서 긍정적인 결과를 얻었다는 소식입니다.
현재 사용중인 코로나19 백신은 모두 돌기 단백질에 대한 백신입니다. 바이러스 표면에 튀어나와 있어 항체가 붙기 가장 쉬운 부분일 뿐 아니라 바이러스가 세포 내로 침투하는 데 필요한 핵심 부분이기 때문에 여기에 항체가 붙으면 바이러스를 쉽게 무력화할 수 있습니다. 따라서 백신에 의한 항체이든 실제 감염으로 인한 항체이든 간에 돌기 단백질에 항체가 면역의 중심이 됩니다.
불행한 점은 바이러스도 여기 맞춰 진화해서 돌기 단백질에 변이가 매우 쉽게 생긴다는 것입니다. 오미크론 변이가 가장 좋은 사례입니다. 덕분에 바이러스 입장에서는 숙주의 면역을 회피해 계속해서 유행을 일으킬 수 있습니다.
따라서 과학자들은 돌기 단백질 이외에 다른 부분에도 결합할 수 있는 새로운 백신을 개발하고 있습니다. 대표적인 것이 뉴클레오캡시드 단백질에 대한 백신입니다. 뉴클레오캡시드는 바이러스 입자 안에서 RNA의 옆에 있으며 바이러스 RNA 복제에 중요한 역할을 합니다. 바이러스 입자 안에 있어 중화항체의 역할을 하기는 어렵지만, 거의 변화가 없는 부분이기 때문에 변이에 강한 백신을 만들 수 있습니다.
연구팀은 쥐와 햄스터를 이용한 동물 모델에서 N 단백질에 대한 mRNA 백신이 뛰어난 면역 반응을 유도하고 실제 감염에서 폐 손상을 막아준다는 사실을 확인했습니다. 앞으로 실제 임상 시험을 진행할 수 있는 근거 데이터를 확보한 것입니다.
코로나19 자체는 오랜 시간 사라지지 않을 것으로 보이지만, 대부분의 사람이 면역을 지니게 되면서 점점 앤데믹으로 변하고 있습니다. 하지만 그것이 코로나19의 위협이 사라진다는 의미는 아닙니다. 인플루엔자처럼 지속적으로 유행하면서 노인과 만성 질환자에서 심각한 문제를 일으킬 수 있기 때문에 지금보다 더 효과가 우수한 백신과 치료제가 필요합니다. S, N 단백질에 대한 2가 백신이 그 답이 될 수 있을지 궁금합니다.
참고
https://medicalxpress.com/news/2022-09-vaccine-spike-nucleocapsid-proteins-sars-cov-.html
Renee L. Hajnik et al, Dual spike and nucleocapsid mRNA vaccination confer protection against SARS-CoV-2 Omicron and Delta variants in preclinical models, Science Translational Medicine (2022). DOI: 10.1126/scitranslmed.abq1945
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