배경

조류를 주 숙주로 삼던 고병원성 조류 인플루엔자(HPAI) 바이러스 H5N1이 포유류 가축으로 번지면서 세계 보건 및 축산업계가 큰 혼란에 빠졌다. 2024년 미국 전역의 젖소 농장에서 확인된 H5N1 2.3.4.4b 분기군(clade) 바이러스 감염은 이전까지 조류 독감의 전형적 양상과 완전히 다른 전파 경로를 보였다. 바이러스는 호흡기 질환을 일으키는 데 머물지 않고 젖소의 유선 조직에 직접 침투해 증식했다. 감염된 암소는 우유 생산량이 급감하고 식욕 부진에 시달렸으며, 짜낸 원유에서는 인체에 치명적일 만큼 높은 농도의 바이러스가 검출됐다. 농장 작업자와 유제품 가공 환경으로의 2차 전파 위험 역시 가파르게 상승했다.

사태를 진정시키기 위한 기존 수의학적 접근은 명확한 한계를 드러냈다. 가금류 방역에 쓰이던 불활화 백신이나 약독화 생백신은 포유류인 소의 면역 체계에서 충분한 방어 항체 형성을 유도하지 못했다. 포유류 체내에서 빠르게 변이하는 바이러스 항원에 즉각 대응하기에는 백신 제조 및 균주 증식에 소요되는 시간도 너무 길었다. 소의 체격과 대사 속도를 감안할 때 높은 항원 투여량과 엄격한 안전성이 동시에 요구되지만, 가축용 백신 개발은 사람용 치료제에 비해 상대적으로 연구 속도가 더뎠다. 유선 내 바이러스 증식을 억제하고 우유로의 바이러스 배출을 근본적으로 차단할 정밀 백신 플랫폼의 도입이 시급했던 배경이다.

핵심 발견

연구진은 코로나19 팬데믹을 거치며 검증된 지질나노입자(LNP) 제형 메신저 리보핵산(mRNA) 플랫폼을 가축 감염병 제어에 도입했다. 이번 연구에서는 소 유래 H5N1 바이러스 표면의 핵심 항원인 적혈구응집소(HA, Hemagglutinin) 당단백질 염기서열을 신속히 해독해 표적 mRNA를 합성했다. 합성된 mRNA 분자는 체내 흡수율과 안정성을 높인 지질 복합체에 봉입돼 젖소 투여용 백신 제형으로 완성됐다. 바이러스 분리 후 백신 후보 물질 설계 및 생산까지 불과 수주 만에 마칠 수 있었다.

백신을 접종받은 젖소와 송아지는 뛰어난 면역 반응을 나타냈다. 연구진이 2회 접종 후 혈청을 분석한 결과, 백신 투여군은 대조군 대비 수십 배 이상 높은 중화항체 역가를 기록했다. 바이러스 공격 접종 시험에서도 뚜렷한 방어 효능이 확인됐다. 고농도 H5N1 바이러스에 노출되었음에도 백신을 맞은 젖소는 발열이나 침울, 사료 섭취량 감소와 같은 전신 증상을 거의 겪지 않았다.

가장 주목할 성과는 유선 감염과 체외 배출의 완전한 억제다. 비접종 개체의 경우 감염 후 수일 동안 비강 분비물뿐 아니라 착유한 우유에서 살아있는 바이러스 입자가 대량 배출됐다. 반면 mRNA 백신을 맞은 소에서는 호흡기 내 바이러스 복제가 미미한 수준에 그쳤고, 착유한 젖에서도 감염력을 지닌 바이러스가 전혀 검출되지 않았다. 체내 항체 반응이 전신 순환계를 넘어 점막과 유선 조직까지 신속하게 도달해 표적 바이러스의 정착을 막아낸 결과다.

의미와 전망

이번 성과는 축산 현장에서 mRNA 백신이 가축 전염병의 차단벽 역할을 훌륭히 수행할 수 있음을 입증했다. 조류 인플루엔자가 젖소를 중간 숙주 삼아 인간 간 전파 바이러스로 진화하는 통로를 선제 차단했다는 점에서 공중보건학적 가치가 높다. 원유 오염을 방지해 유제품 공급망의 안전성을 지켜냈다는 사실도 축산 농가에는 커다란 희소식이다. 계절성 변이나 신종 재조합 바이러스가 등장하더라도 염기서열만 교체해 즉시 대응할 수 있는 가축 방역 체계를 마련한 셈이다.

상용화까지 해결해야 할 현실적 과제는 남아있다. 농가 현장에 보급하기에는 mRNA-LNP 제형의 초저온 보관 및 유통 비용이 부담으로 작용한다. 마리당 접종 단가를 낮추는 공정 효율화와 함께 상온 보관이 가능한 동결건조 기술 개발이 뒤따라야 한다. 식용 가축에 투여되는 유전 물질 백신의 체내 잔류 기간과 인체 유해성 여부를 검증하고, 유기농 낙농 인증 기준과의 상충 문제를 정리할 규제 가이드라인 확립도 필수적이다. 연구진은 현재 1회 접종만으로 장기 면역을 유지하는 차세대 지속형 제형 연구를 이어가고 있다.