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mRNA는 무엇이고 세포에서 무슨 일을 하나요

위키백과는 전령 RNA를 RNA 분자가 화학적으로 암호화된 단백질을 만드는 데 필요한 설계도 같은 역할을 한다고 설명해요. mRNA는 DNA의 원형에서 전사되어 만들어지고, 유전 정보에 암호(코돈)를 붙여서 단백질 합성이 일어나는 리보솜까지 날라요.

노벨위원회는 세포 안에서 DNA에 담긴 유전 정보가 mRNA로 옮겨지고, mRNA가 단백질을 만드는 주형으로 쓰인다고 설명해요. mRNA의 이야기는 결국 'DNA → mRNA → 단백질'이라는 흐름 가운데 가운데 단계에 관한 것이에요.

mRNA는 오래 머물지 않아요. mRNA 분자의 일생이 전사로 시작해서 분해로 끝나는, 짧은 시간만 존재하는 분자예요. 사는 동안 편집과 수송을 거치고 가장 중요한 번역 과정을 맡아요.

mRNA는 어떻게 단백질을 만드나요

단백질이 만들어지는 길은 전사와 번역 두 단계예요.

mRNA에는 어떤 종류와 형태가 있나요

세포 안에서 일하는 RNA는 크게 세 가지로 갈라요. mRNA는 설계도를 나르고, 운반 RNA(tRNA)는 코돈을 읽어 아미노산을 가져오고, 리보솜 RNA(rRNA)는 리보솜을 이뤄요.

mRNA 자체도 상태에 따라 나뉘어요. 위키백과는 처리되지 않은 상태를 전구체-mRNA(pre-mRNA), 처리가 끝난 상태를 성숙-mRNA(mature-mRNA)라고 불러요.

백신으로 쓰는 mRNA는 사람이 시험관에서 만든 것이에요. 노벨위원회에 따르면 1980년대에 세포 배양 없이 mRNA를 만드는 '시험관 내 전사(in vitro transcription)' 방법이 도입됐어요. 세포에서 만든 mRNA와 달리 이런 mRNA는 불안정하고 몸 안에 전달하기 어렵다고 여겨졌고, 그래서 mRNA를 감싸는 지질 운반 시스템이 필요했어요.

백신 방식을 견주면 이래요. 노벨위원회는 코로나19 이전 백신을 죽이거나 약하게 만든 바이러스를 쓰는 방식, 바이러스의 개별 성분(단백질)을 쓰는 방식, 해롭지 않은 운반 바이러스(벡터)를 쓰는 방식으로 나눠요.

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mRNA 기술은 어떻게 발전했나요

노벨위원회에 따르면 1990년대 초 펜실베이니아대 조교수이던 헝가리 출신 생화학자 카탈린 커리코는 mRNA를 치료에 쓰겠다는 구상을 놓지 않았지만 연구비를 대는 쪽을 설득하는 데 어려움을 겪었어요. 같은 대학의 면역학자 드루 와이스먼과 협력하면서 연구가 전환점을 맞았어요.

두 사람은 시험관에서 만든 mRNA를 수지상 세포가 이물질로 인식해서 염증 신호 물질을 내놓는 것을 발견했어요. 포유류 세포의 RNA에는 화학적으로 바뀐 염기가 흔한데 시험관 mRNA에는 없다는 점에 주목했고, 염기에 변형을 넣은 mRNA를 만들어 시험하자 염증 반응이 거의 사라졌어요. 이 결과는 2005년에 발표됐어요.

2008년과 2010년 후속 연구에서는 염기 변형이 단백질 생산을 크게 늘린다는 것을 보였어요. 염기 변형이 염증 반응을 줄이고 단백질 생산을 늘린다는 두 발견으로 mRNA의 임상 응용을 막던 걸림돌이 치워졌어요.

2010년에는 여러 회사가 이 방법을 개발하고 있었고, 지카 바이러스와 메르스 백신도 추진됐어요. 코로나19가 유행하자 염기를 변형한 mRNA 백신 두 가지가 기록적인 속도로 개발됐고, 약 95%의 방어 효과가 보고되어 2020년 말에 승인됐어요.

2023년 노벨 생리의학상은 커리코와 와이스먼에게 돌아갔어요. 상을 준 이유는 코로나19에 효과적인 mRNA 백신 개발을 가능하게 한 뉴클레오시드 염기 변형에 관한 발견이에요.

mRNA는 지금 어디에 쓰이나요

노벨위원회는 코로나19 백신이 전 세계에서 13 billion 회분 넘게 접종됐다고 소개해요. mRNA 백신 외에도 다른 방식의 백신이 빠르게 도입됐고, 이 백신들이 수백만 명의 생명을 구하고 더 많은 사람의 중증을 막았다고 평가해요.

개발의 유연성과 속도 덕분에 다른 감염병 백신으로 확장될 수 있고, 앞으로는 치료용 단백질을 전달하거나 일부 암을 치료하는 데도 쓸 수 있을 것으로 전망해요.

한국의 쓰임은 정책과 특허 쪽에서 드러나요. 특허청은 2021년 9월 mRNA 백신 특허분석 보고서를 냈고, 2021년 12월 17일에는 바이러스 벡터, 합성 항원, 자가증식 RNA, DNA 방식을 담은 「非mRNA 백신 특허분석 보고서」를 냈어요. 국내 기업이 대부분 비 mRNA 방식 개발에 집중하고 있다고 설명해요.

mRNA 백신과 관련해 어떤 점을 따져야 하나요

mRNA 기술이 오랫동안 임상에 쓰이지 못한 데에는 안전성 문제가 있었어요. 노벨위원회는 시험관에서 만든 mRNA가 염증 반응을 일으켰고, 전달도 어려웠다고 설명해요. 이 문제를 염기 변형으로 풀었기 때문에 백신이 실제로 쓰일 수 있었어요.

특허청은 비 mRNA 백신과 mRNA 백신을 견줘서 설명해요. 비 mRNA 백신은 mRNA 백신보다 상대적으로 오랜 기간 안정성과 부작용 측면에서 검증돼 왔고 보관과 유통이 쉬운 장점이 있다는 것이에요. 그래서 비 mRNA 백신 개발을 지원하는 것도 중요하다고 밝혀요.

특허청은 기업과 연구자가 기존 백신 플랫폼 특허를 쉽게 파악하고 연구 방향을 정하거나 주요 특허에 대응하는 전략을 세우도록 돕는 것이 보고서의 목적이라고 설명해요. 특허청 심사기획국장은 백신 기술력을 확보하는 것을 '백신 주권' 확보의 과제로 짚었어요.

mRNA와 헷갈리기 쉬운 말에는 무엇이 있나요

• 전사와 번역: 전사는 DNA에서 mRNA를 만드는 일이고, 번역은 mRNA의 코돈에 맞춰 아미노산을 이어 단백질을 만드는 일이에요.
• 코돈과 안티코돈: 코돈은 mRNA의 염기 3개 묶음, 안티코돈은 이를 알아보는 tRNA의 상보적 염기 3개예요.
• 인트론과 엑손: 진핵생물의 전구체 mRNA에서 인트론은 잘라내고 엑손만 이어 붙여요.
• 시험관 내 전사: 세포 배양 없이 시험관에서 mRNA를 만드는 방법으로, 1980년대에 도입됐어요.
• 염기 변형(뉴클레오시드 변형): mRNA의 염기를 화학적으로 바꿔서 염증 반응을 줄이고 단백질 생산을 늘리는 기술이에요.
• 자가증식 RNA: 특허청 보고서에서 비 mRNA 백신 방식으로 분류하는 RNA 백신이에요.
• 벡터 백신: 해롭지 않은 운반 바이러스에 유전 정보를 실어 세포 안에서 단백질을 만들게 하는 백신이에요.

mRNA와 관련된 주요 수치를 한눈에 보면

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mRNA에 대해 흔히 하는 오해는 무엇인가요

• mRNA는 DNA를 바꾼다: mRNA는 DNA의 정보를 단백질로 옮기는 중간 전달자로, 사용된 뒤 분해돼요. 세포 속에서 오래 머물지 않는 분자예요.
• mRNA 백신은 새로 갑자기 나온 기술이다: 염기 변형 발견 논문은 코로나19 유행보다 한참 앞선 2005년에 나왔어요.
• mRNA 백신이 유일한 코로나19 백신이다: 바이러스 벡터, 합성 항원 등 다른 방식의 백신도 빠르게 도입됐어요.
• 모든 RNA가 같은 일을 한다: mRNA, tRNA, rRNA는 맡은 일이 서로 달라요.