본문내용
1. 백신의 개념과 작용 원리
1.1. 백신의 개념
백신은 인간을 비롯한 동물에 특정 질병 혹은 병원체에 대한 후천성 면역을 부여하는 의약품이다. 주로 질병을 일으키는 미생물 병원체의 항원 인식 부위와 유사한 구조를 가지지만, 병원체와는 달리 병원성이 없다. 백신을 접종받으면 면역 기억으로 우리 몸의 면역 체계가 활성화되어 침입한 병원체에 대해 빠르게 대처할 수 있게 된다. 광범위한 백신 접종을 통해 집단 면역이 형성되고, 이를 통해 특정 질병(천연두)을 사실상 지구상에서 사라지게 하기도 했다.
1.2. 바이러스 백신 및 바이러스 벡터 백신
바이러스 백신은 병원체 바이러스 자체에 약간의 조작만을 가해 사용하는 백신이다. 기존의 대부분의 백신이 이 방법으로 만들어졌다. 대표적으로 생백신과 사백신이 있다. 생백신은 바이러스를 약독화해 체내에 투여해 인체 면역에 의한 방어력을 만드는 방식이다. 사백신은 죽은 병원체로 만든 백신으로 포름알데히드 같은 화학 처리를 하거나 열을 가하는 등 여러 방법으로 복제가 안 되는 바이러스를 만들어 백신으로 주입하는 방식이다. 바이러스 백신은 신종 바이러스인 경우 바이러스의 위험성이 커서 철저한 안전성 테스트가 필요하여 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있다.
한편, 바이러스 벡터 백신은 면역을 유발하는 바이러스를 체내 전달하기 위해 독성이 없는 바이러스 운반체를 이용하는 백신이다. 벡터란 DNA 운반체, 즉 유전 물질을 인체에 주입하기 위한 운반체이다. 이때 홍역, 아데노 바이러스가 주로 운반체로 쓰인다. 예를 들어 얀센 백신은 재조합 코로나바이러스 스파이크 단백질 발현 아데노 바이러스 벡터를 사용한다. 바이러스 벡터 백신은 면역 유지 기간이 길고, mRNA 백신보다 열에 안정적이다는 장점이 있으나 생산과정이 복잡하고 전달체 내 유전 물질의 차이로 부작용이 발생할 수 있다는 단점이 있다.""
1.3. mRNA 백신
1.3.1. mRNA의 개념
mRNA(messenger RNA)는 핵 안에 있는 DNA의 유전정보를 세포질 안의 리보솜에 전달하는 RNA이다. DNA상의 유전정보를 전령하는 기능을 갖기 때문에 "전령RNA(messenger RNA, 메신저 리보핵산, mRNA)"라 불린다. 핵 내에서 합성된 mRNA는 단백질 분자의 아미노산 배열을 지령하기 위해 핵에서 빠져나와 리보솜에 결합하고, 단백질 합성과정에서 아미노산 배열을 지령한다. 이처럼 mRNA는 DNA 유전정보의 전달체 역할을 수행하여 세포 내에서 단백질 합성에 필수적인 역할을 한다.
1.3.2. mRNA 백신의 장단점
mRNA 백신은 예전부터 백신 개발 및 단백질 대체 치료제 분야에서 유망한 치료 도구로 주목받아왔으며, 2020년 모더나와 화이자 등이 코로나19를 겨냥한 mRNA 백신을 개발하면서 전 세계적으로 폭발적인 관심을 받게 되었다.
mRNA 백신의 장점은 바이러스 단백질을 체내에 직접 주입하는 기존의 백신과 달리 신체 면역 반응을 유도하는 단백질 생성 방법을 세포에 가르쳐, 특정 바이러스에 노출되었을 때 이에 대한 항체를 형성하도록 유도한다는 점이다. 이는 바이러스가 직접 체내에 주입되지 않기 때문에 기존 백신(항원을 외부에서 만들어 직접 몸속에 넣는 방식)보다 비교적 안전하며, 백신을 만들 때 바이러스 항원 배양 시간이 들지 않기 때문에 만들기가 쉽고 시간이 절약된다. 제조가 쉽기에 변이 바이러스에도 빠르게 대처할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 mRNA 백신은 접종 후 형성된 항체의 지속 기간과 같은 구체적인 데이터 확보가 아직 충분하지 않다는 점, 열에 약해 극저온 보관 및 유통되어야 한다는 한계가 있다. 또한 새로운 기술이기 때문에 안전성에 대한 우려가 여전히 존재한다.
이처럼 mRNA 백신은 기존 백신에 비해 제조 및 적응 속도가 빠르고 안전성이 향상된 장점이 있지만, 아직 보완해야 할 부분도 있다. 향후 지속적인 연구개발과 임상시험을 통해 mRNA 백신의 효과와 안전성이 더욱 입증되기를 기대해 볼 수 있다.
1.3.3. mRNA 백신의 작용 원리
mRNA 백신의 작용 원리는 다음과 같다.
코로나19 백신의 경우 mRNA를 투입해 바이러스를 둘러싼 쇠뿔 모양 돌기인 단백질 스파이크 성분을 체내에 미리 만들도록 해 면역한다. 즉, 코로나바이러스 표면에 존재하는 항원 정보가 담긴 유전자를 몸속에 RNA 형태로 넣는다. 그 결과 코로나바이러스 단백질을 합성하는 유전정보가 담긴 RNA가 우리 세포 속으로 들어가면 세포 안의 단백질 합성 기계 리보솜은 이 RNA를 인식해서 코로나바이러스 단백질을 세포 안에서 생산한다. 결국 면역계가 인식할 수 있는 항원을 몸이 직접 만들어내는 것이다. 세포 안에서 생산된 코로나바이러스 단백질을 접한 면역계가 강력한 면역 반응을 일으키면서 바이러스에 감염되지 않고도 바이러스에 대항할 능력을 미리 갖출 수 있다.
요약하면 mRNA 백신은 바이러스 단백질을 직접 주입하는 기존 백신과 달리, 신체 내에서 자체적으로 바이러스 단백질을 생산하여 면역 반응을 유도하는 방식이다. 이는 바이러스가 직접 체내에 주입되지 않기 때문에 보다 안전하며, 백신을 만들 때 바이러스 항원 배양 시간이 들지 않아 빠른 제조가 가능하다는 장점이 있다.
2. 합성생물학의 이해
2.1. 제4차 산업혁명과 핵심 기술
제4차 산업혁명의 주요 기술은 물리학 기술, 디지털 기술, 생물학 기술로 구분할 수 있다. 물리학 기술에는 무인운송수단, 3D 프린팅, 로봇공학 등이 포함되며, 디지털 기술에는 사물인터넷, 블록체인, 공유경제, 디지털 플랫폼 등이 포함된다. 생물학 기술에는 유전자 분석, 시스템 생물학, 유전자 합성, 유전자 편집 기술 등이 포함된다.
물리학 기술 중 무인운송수단은 센서 기술과 레이더(RADAR) 기술, 빛을 이용한 전송기술(LIDAR) 등 물리학의 연구 결과를 활용하여 드론과 자율주행차를 개발하고 있다. 3D 프린팅은 입체적 디지털 설계도를 기반으로 원료를 적층하는 방식으로 물체를 만드는 기술로, 기존 제조 공정과 완전히 다른 작업방식을 요구한다. 로봇은 센서 기술과 인공지능의 발달로 주변 환경에 대한 이해도가 높아지면서 통제된 방식이 아닌 일상에서 발생하는 다양한 업무를 스스로 수행할 수 있게 되었다.
디지털 기술 중 사물인터넷(IoT)은 상호 연결된 기술과 다양한 플랫폼을 기반으로 사물(제품, 서비스, 장소)과 인간을 연결하는 새로운 패러다임을 창출하고 있다. IoT에서 생성되는 다양한 데이터를 처리하기 위한 클라우드 컴퓨팅 및 빅데이터 산업이 발달하고, 이를 통해 인공지능(AI) 기술이 더욱 발전하고 있다. 블록체인 기술은 데이터의 무결성과 투명성을 보장하는 핵심 기술로, 공유경제와 디지털 플랫폼 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
생물학 기술에는 전산생물학에 따른 유전자 분석 기술, 시스템 생물학, 유전자 합성 기술, 유전자 편집 기술 등이 포함된다. 유전자 분석 기술의 발전으로 인간 ...
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