GP5 표적 mRNA 백신, 돼지생식기호흡기증후군 대응 가능성 보였다
배경
돼지생식기호흡기증후군바이러스(PRRSV)는 모돈의 번식 장애와 자돈의 호흡기 질환을 일으켜 양돈업에 막대한 손실을 남긴다. 방역이 어려운 핵심 이유는 바이러스의 높은 유전적 다양성이다. 서로 다른 지역과 농장에서 변이주가 계속 출현하면서 기존 백신이 유도한 면역을 벗어날 수 있다.
현재 쓰이는 약독화 생백신은 비교적 강한 면역반응을 유도하지만 이종 바이러스주를 막는 능력이 일정하지 않고, 드물게 병원성 회복과 재조합 가능성도 제기된다. 불활화 백신은 안전성이 높으나 세포성 면역과 중화항체 반응이 충분하지 않을 수 있다. 연구진은 바이러스 자체를 투여하지 않으면서 항원 설계를 빠르게 바꿀 수 있는 메신저리보핵산(mRNA) 플랫폼에 주목했다. 표적으로는 PRRSV 외피의 주요 당단백질이자 중화항체 결합 부위를 포함하는 GP5를 선택했다.
핵심 발견
연구진은 고병원성 PRRSV HeN-HC주의 전체 ORF5 유전자를 증폭해 pIVT5 벡터에 삽입하고, 재조합 플라스미드 pIVT5-GP5를 제작했다. 이를 주형으로 시험관 내 전사를 거쳐 GP5-mRNA를 합성한 뒤 지질나노입자(LNP)에 봉입했다. 완성된 입자의 주된 크기는 약 135나노미터였고 제타전위는 약 25밀리볼트였다.
mRNA가 실제 항원으로 번역되는지는 원숭이 신장 유래 Marc-145 세포에서 확인했다. 간접면역형광검사에서 GP5-mRNA를 주입한 세포에 특이적 형광이 나타났으며, 웨스턴블롯에서는 약 25킬로달톤의 GP5 단백질 띠가 검출됐다. 설계된 mRNA가 세포 안에서 목표 단백질을 생산한다는 증거다.
면역원성 평가는 6주령 특정병원체부재(SPF) BALB/c 생쥐 60마리를 GP5 mRNA-LNP군, 상용 약독화 생백신군, 배지 대조군으로 나눠 진행했다. 연구진은 0일, 14일, 28일에 근육주사하고 14·28·35·42일째 혈청을 채취했다. GP5 특이 면역글로불린 G(IgG)는 대조군보다 높았고, 초회 접종 뒤 28일부터 동종 HeN-HC주를 억제하는 중화활성이 검출돼 42일까지 이어졌다.
42일째 비장세포 분석에서는 CD3 양성·CD4 양성 T세포가 mRNA 백신군 9.59%, 배지 대조군 0.96%로 나타났다. CD3 양성·CD8 양성 T세포도 각각 14.3%와 0.28%였다. 상용 백신군의 해당 비율은 5.73%와 6.39%였다. 항원으로 자극한 비장세포는 인터루킨-2, 인터페론 감마, 인터루킨-4를 분비했으며, 특히 인터페론 감마 반응은 상용 백신군보다 높았다. 체액성 면역과 세포성 면역이 함께 유도됐다는 해석을 뒷받침한다.
의미와 전망
이번 결과는 GP5 단일 항원을 암호화한 mRNA-LNP만으로 결합항체, 중화활성, 보조·세포독성 T세포 반응을 동시에 일으킬 가능성을 보여준다. 바이러스 배양 공정 없이 염기서열 교체만으로 유행 변이주에 맞춘 후보물질을 다시 설계할 수 있다는 점도 강점이다. 여러 GP5 변이를 조합한 다가 백신이나 다른 구조단백질을 함께 넣는 전략으로 확장할 여지도 있다.
다만 이번 연구는 예비 면역원성 평가다. 생쥐는 PRRSV의 자연 숙주가 아니며 바이러스 공격접종도 시행하지 않아, 실제 발병 억제와 바이러스혈증 감소 여부는 알 수 없다. 중화시험 역시 백신 항원과 같은 HeN-HC주에 국한됐다. 돼지에서 적정 용량과 접종 간격, 면역 지속기간, 이종 변이주 방어력, LNP의 안전성을 검증해야 한다. 특히 GP5는 변이가 많고 면역우세 비중화 항체도 유도할 수 있어, 보존 항원의 추가와 항원 조합 최적화가 후속 개발의 관건이다.
Porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) remains a major threat to the global swine industry, and the continuous emergence of genetically diverse strains poses challenges to vaccine development. In this study, a lipid nanoparticle-formulated mRNA vaccine encoding the PRRSV GP5 protein was constructed, and its preliminary immunogenicity was evaluated in BALB/c mice. The full-length ORF5 gene was amplified and cloned into the pIVT5 vector to generate the recombinant plasmid pIVT5-GP5. GP5-mRNA was synthesized via in vitro transcription and transfected into Marc-145 cells to verify antigen expression. Indirect immunofluorescence assay showed specific fluorescence signals in GP5-mRNA-transfected cells, and Western blotting further confirmed the expression of GP5 protein. The GP5-mRNA was subsequently encapsulated into lipid nanoparticles to prepare the GP5 mRNA-LNP vaccine formulation. BALB/c mice were immunized intramuscularly to evaluate humoral and cellular immune responses. The GP5 mRNA-LNP vaccine induced a GP5-specific IgG response, and sera collected on days 28, 35, and 42 after the initial immunization showed detectable neutralizing activity against PRRSV. Flow cytometric analysis showed an increased proportion of CD3
실용화된다면 농장에서 유행주 염기서열을 분석한 뒤 이에 맞춘 GP5 mRNA를 신속히 생산하는 지역 맞춤형 백신 체계로 이어질 수 있다. 종돈장이나 대규모 양돈단지에서는 기존 생백신의 재조합·잔존 위험을 줄이는 비복제성 추가접종제로 활용할 가능성도 있다. 동일한 LNP 제조공정을 유지하면서 항원 서열만 교체할 수 있어 다가 백신 개발과 생산 전환에도 유리하다.
그러나 농장 적용을 논하기에는 아직 이르다. 자돈과 임신돈에서의 공격접종 시험으로 폐 병변, 바이러스혈증, 증체량과 번식 성적을 확인해야 하며, 대량생산 비용과 냉장 유통 안정성도 상용 백신과 직접 비교해야 한다.