▲ 바이러스에 감염된 숙주의 체내에서는 그 바이러스에 대한 특이항체가 만들어진다. 생성된 항체는 바이러스의 입자 표면에 특이적으로 결합하여 바이러스가 숙주 세포에 침투하지 못하도록 하는 중화능력을 가지고 있는데 이를 ‘중화항체’ 라고 부른다. 이렇게 만들어진 중화항체는 나중에 같은 바이러스가 체내로 유입되더라도 숙주세포에 재감염 되는 것을 막아주는 역할을 한다. 출처: Flickr

코로나19 감염 또는 백신 접종을 통해 생성된 중화항체의 면역 효과가 얼마나 오래 지속되는지, 얼마나 다양한 코로나바이러스 변이주에 대해 효과를 나타내는지에 대한 궁금증이 풀렸다.

기초과학연구원(IBS) 한국바이러스기초연구소 신변종 바이러스 연구센터 최영기 센터장(연구소장 겸직)과 바이러스 면역 연구센터 신의철 센터장 공동 연구팀은 백신을 접종하지 않은 코로나19 감염자와 백신 접종 후 돌파감염자의 혈액을 비교분석하여 이들의 중화항체 생성 및 면역 효과, 기억 T세포¹⁾ 반응을 규명했다.

전 세계적으로 코로나바이러스 변이주의 우세화가 지속되고 있는 가운데, 코로나19 백신접종 후에도 오미크론과 같은 새로운 변이주들에 의한 돌파감염사례가 잇따르고 있다. 그러나 돌파감염이 기존 백신에 의해 형성된 중화항체의 감소에 의한 것인지 아니면, 새로운 변이주에 대해서는 보호 효과가 없는 것인지에 대한 의문이 여전했다.

또한, 코로나19 백신 접종 횟수에 따른 효능 지속시간과의 상관관계에 대해서도 알려진 바가 없으며, 현재 사용되는 백신(초기 유행한 코로나19 우한주에 대한 백신)의 최근 발생하는 다양한 변이주에 대한 교차면역효과에 대해서도 구체적인 연구는 없었다.

연구팀은 백신 비접종자가 코로나19 초기형, D614G변이형, 또는 오미크론변이형 바이러스에 각각 감염되었다가 회복한 환자군과 코로나19 백신을 2회 혹은 3회 접종 후 오미크론에 돌파감염됐던 환자군의 혈청 내 중화항체를 비교분석하였다. 그리고 백신접종자의 경우 접종 후 1, 3, 5개월차의 혈청을 연속적으로 분석해 백신효과의 지속기간 및 중화항체의 특성을 추적했다.

▲ 비접종자의 코로나19 초기 바이러스(우한주 및 유사주) 및 D614G형의 감염으로 생성된 중화항체는 오미크론 바이러스에 대한 중화 능력을 가지지 못하며, 반대로 비접종자가 오미크론에 감염되어 획득한 중화항체는 오미크론 이외의 다른 코로나바이러스들에 대한 중화 능력을 가지지 못한다. 이는 코로나바이러스는 유전자 변이를 통하여 기존의 코로나바이러스(초기 우한주 및 유사주) 감염을 통해 획득한 중화항체의 중화능력을 회피할 수 있음을 시사한다.

연구 결과, 다양한 코로나바이러스 변이주들은 각기 다른 면역원성을 유도함을 밝혔다. 즉, 백신을 맞지 않은 사람이 초기 유행 바이러스주(우한주 및 유사변인체인 L, V주)에 감염되어 생성된 중화항체는 오미크론주의 감염을 막지 못하며, 반대로 오미크론주에 감염된 사람에게 형성된 중화항체는 지금까지 알려진 다른 어떠한 코로나바이러스 변이주의 감염도 막을 수 없는 것으로 나타났다.

▲ 코로나19 백신의 2회접종을 통하여 생성된 중화항체는 초기 우한바이러스, D614G형, 알파형, 베타형, 델타형의 감염으로부터 보호할 수 있는 중화능력을 가지나 5개월 이내에 중화항체가 소실된다. 그에 반해 3회 접종을 통하여 생성된 중화항체는 D614G형, 알파형, 베타형, 델타형, 오미크론 BA.1, BA.2 형 등 더욱 광범위한 변이주들의 감염으로부터 보호할 수 있는 중화능력를 가지며, 그 효과는 5개월 이상까지 유지된다.

백신 접종 횟수에 따른 중화항체의 효과는 백신을 2회 접종한 사람에 비해 3회 접종한 사람에게서는 더 오래 지속됐다. 코로나19 백신의 2회 접종을 통해 생성된 중화항체는 5개월 내에 소실되었으나, 3회 접종을 통하여 생성된 중화항체의 효과는 5개월 이상까지 유지됐다. 뿐만 아니라 백신을 3회 접종한 사람에게서 더 다양한 코로나바이러스 변이주들에 대한 보호 효과를 확인했다.

흥미롭게도 백신을 접종한 사람이 오미크론에 돌파감염되면 오미크론 변이(BA.1, BA.2 BA.5)를 포함한 현재까지 보고된 거의 모든 코로나바이러스 변이주에 대항할 수 있는 중화항체를 광범위하게 생성하는 것을 확인했다. 이 경우에도 백신을 2회 접종한 사람에 비해 3회 접종한 사람의 중화항체 반응이 더 증가했다.

▲ 코로나 19 백신 접종 후 오미크론에 돌파감염 된 사람의 경우, 오미크론 변이 BA.1, BA.2, BA.5를 포함한 현재까지 보고된 거의 모든 코로나변이주에 대항할 수 있는 중화항체를 광범위하게 생성하며, 이 효과는 백신 접종 횟수에 비례한다. 또한 오미크론 돌파감염자의 기억 T 세포는 오미크론 변이주 뿐만 아니라, 초기 코로나 바이러스인 우한주 스파이크에 대해서도 항바이러스 반응이 유사한 수준으로 잘 나타낸다.

백신 3회 접종 후 오미크론에 돌파감염되는 경우, 기억 T세포는 오미크론 변이주뿐 아니라 초기 코로나바이러스인 우한주에 대해서도 항바이러스 반응이 유사한 수준으로 강하게 나타남을 확인했다.

최영기 센터장(소장 겸직)은 “이번 연구는 코로나19 초기형뿐만 아니라 다양한 변이 바이러스를 대상으로 하여 최근 변이주들에 대한 실제적 교차면역반응을 분석했다는 것에 의의가 있다”며, “3회 이상의 부스터 백신 접종을 통해 앞으로 발생할 수 있는 새로운 코로나바이러스 변이주에 대한 중화항체까지도 생성시킬 수 있음을 시사한다”고 전했다.

신의철 센터장은 “백신 3회 접종 후 오미크론 돌파감염은 초기 우한주 바이러스와 새로운 변이주에 대한 기억 T세포 항바이러스 반응을 강하게 끌어올린다는 것을 확인했다”며, “기억 T세포의 반응으로 오미크론 돌파감염 회복 후 다른 변이주에 감염되더라도 증상이 경미할 수 있을 것”이라고 전했다.

이번 연구는 충북대 정혜원 교수 연구팀, 고려대 송준영․노지윤 교수 연구팀, 국립중앙의료원 공공보건의료연구소 중개연구팀 등 다수의 임상병원과 공동으로 수행했으며, 국제 학술지 셀 리포트 메디신(Cell Reports Medicine, IF 16.988) 10월호에 게재됐다.

IBS 홍보팀
박정훈

1) 기억T세포: 기억 T세포는 항원을 기억하고 있다가 우리 몸에 재침입시 항원을 공격하는 특성을 갖는다. 기억 T세포 중 CD8 살상 T세포는 바이러스에 감염된 세포를 선택적으로 제거해 바이러스 증식을 막는 기능을 하며, CD4 도움 T세포는 이러한 면역반응에서 중요한 조력자 역할을 한다.