mRNA

목차

1. 서론: 유전 정보의 숨은 전달자, mRNA를 만나다
2. mRNA의 탄생: DNA로부터 정보가 복사되는 과정, 전사
   1. 전사의 3단계: 개시, 신장, 종결
   1. 전사의 지휘자, RNA 중합효소
3. 생명의 두 왕국: 진핵세포와 원핵세포의 mRNA 합성 전략
   1. RNA 중합효소의 차이: 단일 효소 vs 전문화된 팀
   1. 진핵세포의 정교한 재단 과정: mRNA 성숙
   1. 원핵세포의 속도전: 전사와 번역의 동시 진행
4. mRNA의 생애 주기: 안정성과 분해의 정교한 균형
   1. mRNA의 수명을 결정하는 요인들
   1. 분해의 주요 경로와 조절 메커니즘
5. mRNA 기술의 혁명: 의학과 생명과학의 패러다임을 바꾸다
   1. 의학적 응용: COVID-19 백신부터 암 치료까지
   1. 희귀 유전 질환 치료의 새로운 희망
   1. 한국의 mRNA 기술 개발 현황과 미래
6. 결론: mRNA 연구의 미래와 무한한 가능성
7. 자주 묻는 질문 (FAQ)
8. 참고문헌

서론: 유전 정보의 숨은 전달자, mRNA를 만나다

우리 몸을 구성하고 생명 활동을 유지하는 수많은 단백질은 어떻게 만들어질까? 그 해답의 중심에는 ‘전령 RNA(messenger RNA)’, 즉 mRNA가 있다. mRNA는 세포의 핵 속에 소중히 보관된 유전 정보의 원본 청사진인 DNA와, 세포질에서 실제 단백질을 조립하는 공장인 리보솜 사이를 잇는 필수적인 정보 전달자다.¹ DNA는 생명의 모든 설계도를 담고 있는 방대한 도서관과 같지만, 이 설계도는 너무나 중요해서 도서관 밖으로 나갈 수 없다. 이때 필요한 것이 바로 특정 설계도 페이지만을 정확히 복사한 ‘작업용 사본’이며, 이 역할을 mRNA가 수행한다.²

생명 현상의 가장 근본적인 원리인 ‘분자생물학의 중심 원리(Central Dogma)’는 유전 정보가 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 흐르는 과정을 설명한다.³ 이 정보의 흐름에서 mRNA는 없어서는 안 될 중추적인 매개체다. DNA의 유전 암호는 직접 단백질의 언어인 아미노산 서열로 번역될 수 없기 때문에, mRNA가 그 사이에서 ‘번역가(translator)’ 역할을 수행하는 것이다.¹ 생명체의 거의 모든 기능이 단백질에 의해 수행된다는 점을 고려할 때, 이 단백질들의 합성을 직접적으로 지시하는 mRNA는 생명 유지에 있어 DNA만큼이나 결정적인 중요성을 가진다.⁶

mRNA의 존재는 1950년대와 60년대, 프랑수아 자코브(François Jacob)와 자크 모노(Jacques Monod)와 같은 과학자들이 유전자 발현이 어떻게 조절되는지에 대한 근본적인 의문을 파헤치는 과정에서 처음 가설로 제시되었다. 그들은 DNA의 유전 정보가 단백질 합성 공장인 리보솜까지 전달되기 위해 불안정하면서도 역동적인 중간 매개체가 존재할 것이라고 예측했고, 실험을 통해 그 존재를 증명해냈다.⁷ 이처럼 기초 과학의 순수한 탐구에서 시작된 mRNA 연구는 60여 년이 지난 오늘날, COVID-19 팬데믹을 종식시키는 데 결정적인 역할을 한 백신 기술의 핵심이자, 암과 희귀 유전 질환을 치료하는 혁신적인 치료법의 기반이 되었다. 이 글에서는 생명의 가장 깊숙한 곳에서 작동하는 메신저, mRNA의 탄생부터 소멸, 그리고 인류의 미래를 바꾸고 있는 놀라운 응용까지 그 모든 것을 심도 있게 탐구하고자 한다.

mRNA의 탄생: DNA로부터 정보가 복사되는 과정, 전사

mRNA가 유전 정보를 전달하기 위해서는 먼저 DNA의 특정 유전자 부위로부터 정보가 복사되어야 한다. 유전자 발현의 첫 단계인 이 과정을 ‘전사(transcription)’라고 한다.⁹ 전사는 단순히 DNA를 베끼는 것이 아니라, DNA의 유전 암호를 RNA라는 다른 형태의 언어로 옮겨 적는 정교한 작업이다. 이 과정의 총지휘자는 ‘RNA 중합효소(RNA polymerase)’라는 효소 복합체다.

전사의 3단계: 개시, 신장, 종결

전사 과정은 모든 생명체에서 공통적으로 개시(initiation), 신장(elongation), 종결(termination)이라는 세 단계로 나뉜다.⁹

1. 개시 (Initiation): 전사는 RNA 중합효소가 유전자의 시작 부분 근처에 위치한 ‘프로모터(promoter)’라는 특정 DNA 서열에 결합하면서 시작된다.¹¹ 프로모터는 RNA 중합효소에게 어디에 착륙해서 전사를 시작해야 하는지를 알려주는 ‘착륙 유도등’과 같은 역할을 한다. RNA 중합효소가 프로모터에 단단히 결합하면, 효소는 DNA 이중나선을 풀어헤쳐 한 가닥의 DNA 주형을 노출시킨다. 이 열린 DNA 영역을 ‘전사 거품(transcription bubble)’이라고 부른다.⁹
2. 신장 (Elongation): 전사 거품이 형성되면 본격적인 RNA 합성이 시작된다. RNA 중합효소는 DNA의 두 가닥 중 하나인 주형 가닥(template strand)을 따라 3’에서 5′ 방향으로 이동하면서, 주형의 염기 서열과 상보적인 RNA 뉴클레오타이드를 하나씩 가져와 5’에서 3′ 방향으로 사슬처럼 연결한다.¹⁰ 예를 들어, DNA 주형에 아데닌(A)이 있으면 RNA에는 우라실(U)이, 구아닌(G)이 있으면 시토신(C)이 짝을 이룬다. 이렇게 새로 합성된 RNA 가닥은 DNA의 다른 쪽 가닥인 비주형 가닥(non-template strand 또는 coding strand)과 염기 서열이 거의 동일하지만, DNA의 티민(T)이 RNA에서는 우라실(U)로 대체된다는 중요한 차이점이 있다.⁹
3. 종결 (Termination): RNA 중합효소는 유전자의 끝에 도달할 때까지 신장 과정을 계속한다. 유전자의 끝에는 전사를 멈추라는 신호인 ‘종결 서열(terminator sequence)’이 존재한다.¹¹ RNA 중합효소가 이 서열을 전사하면, 효소는 DNA 주형에서 분리되고, 완성된 RNA 가닥이 방출되면서 전사 과정이 마무리된다.⁹

전사의 지휘자, RNA 중합효소

RNA 중합효소는 전사 과정 전체를 관장하는 핵심 효소다. 이 효소는 박테리아부터 인간에 이르기까지 모든 생명체에 존재하며, 그 핵심적인 구조와 작동 방식은 진화적으로 매우 잘 보존되어 있다.¹³ 여러 개의 단백질 소단위체(subunit)가 조립된 거대한 복합체로, 흔히 ‘게의 집게발’ 모양에 비유된다. 이 집게발의 중앙 틈새에 DNA가 자리 잡고, 그 안에서 RNA 합성이 일어난다.¹³ RNA 중합효소는 단순히 뉴클레오타이드를 연결하는 기능뿐만 아니라, DNA 나선을 풀고 다시 감는 역할, 합성 과정에서 오류를 교정하는 기능 등 전사에 필요한 다양한 활동을 수행하는 다재다능한 분자 기계다.

생명의 두 왕국: 진핵세포와 원핵세포의 mRNA 합성 전략

모든 생명체는 전사 과정을 통해 유전 정보를 RNA로 옮기지만, 세포의 구조적 차이에 따라 그 전략은 크게 달라진다. 핵막이 없는 원핵세포(prokaryote, 세균 등)와 핵막이 있는 진핵세포(eukaryote, 동물, 식물 등)는 mRNA를 합성하고 사용하는 방식에서 근본적인 차이를 보인다. 이러한 차이는 단순한 복잡성의 정도가 아니라, 각기 다른 생존 환경에 최적화된 진화적 전략의 산물이다. 원핵세포는 변화무쌍한 환경에 신속하게 대응하기 위해 ‘속도와 효율성’을 극대화하는 전략을 택했다. 반면, 복잡한 다세포 생명체를 구성하는 진핵세포는 유전자 정보의 활용도를 극대화하고 정교하게 조절하는 시스템을 발전시켰다.

RNA 중합효소의 차이: 단일 효소 vs 전문화된 팀

가장 근본적인 차이는 전사를 수행하는 RNA 중합효소의 종류에서 나타난다.

• 원핵세포: 단 하나의 RNA 중합효소가 mRNA, tRNA, rRNA 등 모든 종류의 RNA 합성을 도맡아 처리한다.¹³ 이는 단순하고 빠른 유전자 발현 시스템을 가능하게 하는 핵심 요소다.
• 진핵세포: 기능이 전문화된 세 종류의 RNA 중합효소가 존재하여 역할을 분담한다.¹⁵ RNA 중합효소 I은 rRNA를, RNA 중합효소 III는 tRNA와 일부 작은 RNA를 합성하며, 우리가 주목하는 단백질 코딩 유전자의 전사, 즉 mRNA 합성은
  RNA 중합효소 II가 전담한다.¹⁶ 이러한 분업 체계는 각기 다른 유전자 그룹을 더욱 정교하고 독립적으로 조절할 수 있게 해준다.

구조적으로 진핵세포의 중합효소들은 원핵세포의 중합효소와 공통된 핵심 구조를 공유하지만, 더 많은 보조 소단위체를 가지고 있어 훨씬 복잡하다.¹⁵ 이 추가적인 소단위체들은 다양한 조절 단백질(전사 인자)과의 상호작용을 통해 전사 과정을 세밀하게 조절하는 데 필수적이다.

진핵세포의 정교한 재단 과정: mRNA 성숙

진핵세포에서 RNA 중합효소 II에 의해 막 전사된 RNA 가닥은 아직 미완성 상태인 ‘전구체 mRNA(pre-mRNA)’다. 이 pre-mRNA는 핵 안에서 여러 단계의 가공(processing) 또는 성숙(maturation) 과정을 거쳐야만 비로소 기능적인 mRNA가 되어 세포질로 나갈 수 있다.¹⁸ 이 정교한 재단 과정은 mRNA의 안정성을 높이고, 핵에서 세포질로의 수송을 촉진하며, 리보솜이 번역을 정확하게 시작하고 끝낼 수 있도록 돕는다.

• 5′ 캡핑 (5′ Capping): pre-mRNA의 5′ 말단(가장 먼저 합성되는 쪽)에 변형된 구아닌 뉴클레오타이드인 ‘7-메틸구아노신 캡(7-methylguanosine cap)’이 부착된다.²⁰ 이 캡은 mRNA를 분해 효소로부터 보호하는 ‘안전모’와 같은 역할을 하며, 나중에 세포질에서 리보솜이 mRNA에 결합하는 중요한 인식표가 된다.¹⁸
• RNA 스플라이싱 (RNA Splicing): 진핵세포 유전자의 가장 큰 특징 중 하나는 단백질을 코딩하는 정보가 담긴 ‘엑손(exon)’과 정보가 없는 ‘인트론(intron)’이라는 부위가 번갈아 나타난다는 점이다. 스플라이싱은 이 인트론 부위를 정교하게 잘라내고 엑손들만을 이어 붙여 연속적인 코딩 서열을 만드는 과정이다.²² 이 과정은 ‘스플라이소좀(spliceosome)’이라는 RNA-단백질 복합체에 의해 수행된다.¹⁹ 1977년, 필립 샤프(Phillip Sharp)와 리처드 로버츠(Richard Roberts)가 각각 독립적으로 이 현상을 발견한 것은 분자생물학계에 큰 충격을 주었다. 유전자가 연속적인 정보의 띠가 아니라는 사실을 밝혔기 때문이다. 이 발견은 하나의 유전자에서 스플라이싱 방식을 달리하여(대체 스플라이싱, alternative splicing) 여러 종류의 단백질을 만들어낼 수 있다는 가능성을 열었고, 유전체 크기에 비해 생명체가 가진 단백질의 다양성이 훨씬 큰 이유를 설명해주었다. 이 공로로 두 과학자는 1993년 노벨 생리의학상을 수상했다.²³
• 3′ 폴리아데닐화 (3′ Polyadenylation): pre-mRNA의 3′ 말단(가장 나중에 합성되는 쪽)에는 ‘폴리-A 중합효소(poly-A polymerase)’라는 효소에 의해 수십에서 수백 개의 아데닌(A) 뉴클레오타이드가 사슬처럼 길게 이어진 ‘폴리-A 꼬리(poly-A tail)’가 부착된다.¹⁸ 이 꼬리는 mRNA의 안정성을 크게 높여 수명을 연장하고, 핵에서 세포질로의 이동을 돕는 역할을 한다.²⁰

원핵세포의 속도전: 전사와 번역의 동시 진행

반면, 원핵세포의 mRNA 합성은 속도와 효율성에 초점이 맞춰져 있다. 가장 큰 특징은 핵막이 없기 때문에 전사와 번역이 공간적으로 분리되지 않고 동시에 일어난다는 점이다.²⁶ 즉, RNA 중합효소가 DNA를 따라 이동하며 mRNA 가닥을 합성하기 시작하면, 그 mRNA의 5′ 말단이 어느 정도 길어지자마자 리보솜이 즉시 달라붙어 단백질 합성을 시작한다.

이러한 ‘전사-번역 짝지음(transcription-translation coupling)’ 현상 때문에 원핵세포의 mRNA는 진핵세포와 같은 복잡한 가공 과정이 거의 필요 없다. 5′ 캡이나 폴리-A 꼬리도 없으며, 대부분의 유전자에는 인트론도 존재하지 않는다. 이로 인해 원핵세포의 mRNA는 수명이 수 분 이내로 매우 짧다.⁶ 이는 주변 환경 변화에 따라 필요한 단백질을 신속하게 만들고, 더 이상 필요 없을 때는 즉시 합성을 중단하여 에너지를 절약하는 데 매우 효율적인 전략이다.

mRNA의 생애 주기: 안정성과 분해의 정교한 균형

mRNA는 영구적인 분자가 아니다. 단백질 합성에 필요한 정보를 전달하는 임무를 완수하고 나면 정해진 수명에 따라 분해되어 사라진다. 만약 mRNA가 무한정 존재한다면, 세포는 특정 단백질의 생산을 멈출 수 없게 되어 생명 활동에 큰 혼란이 초래될 것이다.²⁸ 따라서 mRNA의 분해는 단순한 ‘폐기’ 과정이 아니라, 유전자 발현을 최종적으로 조절하는 매우 중요하고 능동적인 과정이다. 세포는 mRNA의 안정성과 분해 사이의 정교한 균형을 통해 각 단백질의 양을 필요한 수준으로 미세 조정한다.

mRNA의 수명을 결정하는 요인들

mRNA의 수명, 즉 반감기는 유전자의 종류와 세포의 상태에 따라 수 분에서 수 시간, 심지어 수일에 이르기까지 매우 다양하다.²⁰ 이러한 수명의 차이는 단백질 생산량의 차이로 직결되므로, mRNA의 안정성 조절은 유전자 발현 조절의 핵심적인 단계다.

• 보호 구조 (5′ 캡과 3′ 폴리-A 꼬리): 앞서 설명했듯이, 진핵세포 mRNA의 양 끝에 존재하는 5′ 캡과 3′ 폴리-A 꼬리는 mRNA를 엑소뉴클레아제(exonuclease, 핵산의 말단부터 분해하는 효소)의 공격으로부터 보호하는 가장 기본적인 안정화 장치다. 이 구조들이 손상되거나 제거되면 mRNA는 급격히 분해되기 시작한다.²⁹
• 내재적 서열 요소 (cis-acting elements): mRNA 분자 자체에 존재하는 특정 염기 서열은 그 mRNA의 운명을 결정하는 중요한 신호로 작용한다. 대표적인 예가 **’AU-rich elements (AREs)’**다. 이 서열은 이름 그대로 아데닌(A)과 우라실(U)이 풍부한 영역으로, 주로 3′ 비번역 영역(3′ UTR)에 존재한다. ARE는 특정 RNA 결합 단백질(RNA-binding proteins, RBPs)을 끌어들여 mRNA의 분해를 촉진하는 역할을 한다.³¹ 사이토카인, 성장인자, 종양 유전자 등 세포의 성장이나 면역 반응과 같이 그 양이 신속하고 엄격하게 조절되어야 하는 단백질을 코딩하는 mRNA들에서 주로 발견된다.³²
• 조절 인자 (trans-acting factors): RNA 결합 단백질(RBP)이나 마이크로RNA(microRNA, miRNA)와 같은 외부 인자들도 mRNA의 안정성에 큰 영향을 미친다. 이들은 mRNA의 특정 서열이나 구조에 결합하여 분해 효소를 불러오거나, 반대로 분해 효소의 접근을 막음으로써 mRNA의 수명을 조절한다.³²

분해의 주요 경로와 조절 메커니즘

진핵세포에서 대부분의 mRNA는 ‘탈아데닐화 의존 경로(deadenylation-dependent pathway)’를 통해 분해된다. 이 과정의 핵심은 폴리-A 꼬리가 mRNA의 운명을 결정하는 동적인 신호 허브(signal hub)로 작동한다는 점이다.

1. 탈아데닐화 (Deadenylation): 분해의 첫 단계는 CCR4-NOT과 같은 탈아데닐화 효소 복합체(deadenylase complex)가 mRNA의 3′ 말단에 있는 폴리-A 꼬리를 점진적으로 갉아먹어 짧게 만드는 것이다.²⁹ 이 과정은 mRNA 분해의 속도를 결정하는 가장 중요한 조절 단계로 여겨진다.
2. 분해 경로의 분기: 폴리-A 꼬리가 임계 길이(약 25 뉴클레오타이드) 이하로 짧아지면, mRNA는 본격적인 분해 경로로 들어선다. 여기서 경로는 두 갈래로 나뉜다.²⁹
   1. 5′ → 3′ 분해: 짧아진 폴리-A 꼬리는 5′ 말단의 캡 구조를 불안정하게 만든다. 그러면 DCP1/DCP2와 같은 탈캡핑 효소(decapping enzyme)가 5′ 캡을 제거한다. 캡이 사라져 무방비 상태가 된 mRNA의 5′ 말단은 XRN1이라는 강력한 5’→3′ 엑소뉴클레아제에 의해 빠르게 분해된다.
   1. 3′ → 5′ 분해: 다른 한편으로, 꼬리가 짧아진 mRNA의 3′ 말단은 ‘엑소좀(exosome)’이라는 거대한 단백질 분해 기계에 의해 3’→5’ 방향으로 분해될 수 있다.

이처럼 폴리-A 꼬리의 길이는 mRNA의 번역 효율과 안정성 사이의 균형을 조절하는 마스터 레귤레이터 역할을 한다. 꼬리가 길 때는 번역이 활발히 일어나고 mRNA가 안정적으로 유지되지만, 꼬리가 짧아지기 시작하면 번역 효율이 떨어지고 분해 경로로 접어들게 된다. 세포는 이러한 메커니즘을 통해 외부 신호나 내부 상태에 따라 특정 단백질의 생산량을 정밀하게 조절한다.³⁵

또한, 세포 내에는 비정상적인 mRNA를 감시하고 제거하는 ‘품질 관리(quality control)’ 시스템도 존재한다. 예를 들어, 전사나 스플라이싱 과정에서 오류가 발생하여 단백질 코딩 중간에 종결 코돈(stop codon)이 생겨버린 mRNA는 ‘Nonsense-mediated decay (NMD)’라는 경로를 통해 신속하게 파괴된다. 이는 불완전하고 잠재적으로 해로운 단백질이 생성되는 것을 막는 중요한 안전장치다.²⁸

mRNA 기술의 혁명: 의학과 생명과학의 패러다임을 바꾸다

수십 년간 기초 생명과학의 연구 대상이었던 mRNA는 21세기에 들어 그 불안정성과 면역 반응 유발이라는 한계를 극복하면서 의학과 생명과학의 패러다임을 바꾸는 혁신적인 기술로 부상했다.³⁷ mRNA 기술의 부상은 단순히 새로운 약물을 개발하는 것을 넘어, ‘신속 대응’과 ‘개인 맞춤형 치료’라는 두 가지 핵심 가치를 실현하며 의학의 미래를 재편하고 있다. 특정 단백질의 유전 정보(서열)만 있으면, 마치 소프트웨어를 코딩하듯 신속하게 치료제를 설계하고 생산할 수 있는 ‘프로그래밍 가능한 의약품(programmable medicine)’ 시대가 열린 것이다.

의학적 응용: COVID-19 백신부터 암 치료까지

• 감염병 백신: mRNA 기술의 잠재력은 COVID-19 팬데믹 상황에서 전 세계에 극적으로 증명되었다. 기존 백신 개발에 수년에서 십수 년이 걸리던 것과 달리, 바이러스의 유전자 서열이 공개된 지 불과 1년도 채 되지 않아 높은 예방 효과를 지닌 mRNA 백신이 개발 및 상용화되었다.³⁸ 이는 mRNA 플랫폼이 가진 전례 없는 신속성과 유연성 덕분이었다. 현재 인플루엔자, 호흡기세포융합바이러스(RSV), HIV 등 다양한 감염병에 대한 차세대 mRNA 백신 개발이 활발히 진행되고 있다.³⁷
• 암 백신 (Cancer Vaccines): mRNA 기술은 암 치료 분야에서도 새로운 지평을 열고 있다. 암 백신은 예방이 아닌 치료를 목적으로 하며, 환자 개인의 암세포만이 가진 고유한 돌연변이 단백질(신생항원, neoantigen) 정보를 담은 mRNA를 주입하는 방식이다.⁴⁰ 이 mRNA를 통해 환자의 면역세포는 암세포를 ‘외부의 적’으로 인식하고 정밀하게 공격하도록 훈련받는다. 이는 부작용이 적은 고도의 개인 맞춤형 면역 치료법이다.
  최신 임상 사례 (췌장암): 2023년과 2024년에 걸쳐 발표된 개인 맞춤형 췌장암 백신(autogene cevumeran)의 1상 임상시험 결과는 매우 고무적이다. 수술 후 백신을 투여받은 환자의 절반에서 암세포를 공격하는 T세포가 강력하게 활성화되었으며, 이러한 면역 반응은 암의 재발을 유의미하게 지연시키는 것과 관련이 있었다. 특히 놀라운 점은, 이 백신 유도 면역세포가 치료 후 최대 4년 가까이 체내에서 지속적으로 발견되었다는 사실이다.⁴² 이는 mRNA 암 백신이 장기적인 면역 기억을 형성할 수 있음을 시사하는 중요한 결과다. 현재 이 백신은 더 큰 규모의 2상 임상시험을 통해 그 효과를 검증하고 있다.⁴²

희귀 유전 질환 치료의 새로운 희망

mRNA 기술은 지금까지 마땅한 치료법이 없었던 수많은 희귀 유전 질환 환자들에게 새로운 희망을 제시하고 있다.

• 작동 원리: 많은 희귀 유전 질환은 특정 유전자의 돌연변이로 인해 필수적인 단백질이 생성되지 않거나 제 기능을 하지 못해 발생한다. mRNA 치료는 이러한 환자들에게 정상적인 단백질을 코딩하는 mRNA를 직접 주입하여, 환자의 세포가 스스로 필요한 단백질을 생산하도록 하는 ‘단백질 대체 요법(protein replacement therapy)’이다.⁴³
• 기존 유전자 치료 대비 장점: DNA를 직접 수정하는 기존 유전자 치료법과 달리, mRNA 치료는 환자의 게놈에 영구적인 변화를 일으키지 않아 유전자 삽입으로 인한 돌연변이 발생 위험이 없다. 또한, mRNA의 효과는 일시적이므로 투여량 조절을 통해 단백질 발현 수준을 정밀하게 제어할 수 있다. 특히, mRNA는 핵 안으로 들어갈 필요 없이 세포질에서 바로 작용하기 때문에, 분열하지 않는 세포인 뉴런(신경세포)에도 효과적으로 적용할 수 있어 신경계 희귀 질환 치료에 큰 잠재력을 가진다.⁴³
• 임상 개발 현황: 현재 프로피온산혈증(mRNA-3927), 메틸말론산혈증(mRNA-3704), 낭포성 섬유증(VX-522) 등 다양한 대사성, 유전성 질환을 대상으로 하는 mRNA 치료제들이 활발하게 임상 시험 단계에서 개발되고 있다.³⁹

한국의 mRNA 기술 개발 현황과 미래

COVID-19 팬데믹을 겪으며 백신 확보의 중요성을 절감한 대한민국은 ‘백신 주권’ 확보를 국가적 안보 과제로 설정하고 mRNA 기술 개발에 전략적으로 투자하고 있다. 이는 단순한 경제적 기회 창출을 넘어, 미래의 팬데믹에 대비하고 글로벌 바이오 강국으로 도약하기 위한 국가적 노력의 일환이다.

• 정부의 전략적 투자: 정부는 ‘팬데믹 대비 mRNA 백신 개발 지원 사업’에 2025년부터 2028년까지 총 5,052억 원의 대규모 예산을 투입하여 국산 COVID-19 mRNA 백신 개발부터 허가까지 전 주기를 지원하고 있다.⁴⁶ 이는 미래 팬데믹 발생 시 100~200일 내에 신속하게 백신을 개발하고 공급할 수 있는 역량을 확보하는 것을 목표로 한다.
• 주요 기업의 역할:
  • 삼성바이오로직스: 글로벌 위탁개발생산(CDMO) 기업으로서, 플라스미드 DNA(pDNA) 생산부터 mRNA 원료의약품 합성, 지질 나노입자(LNP) 제형화, 완제 충전 및 포장까지 전 과정을 한 곳에서 수행하는 ‘원스톱’ 생산 역량을 구축했다. 이를 통해 전 세계 바이오 기업들의 mRNA 의약품 개발과 생산을 지원하는 글로벌 허브로 자리매김하고 있다.⁴⁷
  • 에스티팜(ST Pharm): 자체 개발한 5′ 캡핑 기술(SmartCap®)과 LNP 약물 전달 시스템(STLNP®)을 통해 글로벌 특허 장벽을 극복한 독자적인 mRNA 플랫폼 기술을 확보했다. 이는 원료부터 완제까지 수직계열화를 이룬 강력한 CDMO 경쟁력의 기반이 되고 있다.⁴⁹
  • 큐라티스(Quratis): 기존 mRNA보다 훨씬 적은 용량으로도 높은 면역 반응을 유도할 수 있는 차세대 자가 증폭 mRNA(self-amplifying mRNA, saRNA) 기술을 기반으로 COVID-19 백신(QTP104) 등을 개발하며 기술적 차별화를 꾀하고 있다.⁵¹
• 산학연 컨소시엄: 국제백신연구소(IVI)가 주도하고 국내 대학과 기업들이 참여하는 컨소시엄은 ‘100일 내 mRNA 백신 100만 회분 생산 시스템 구축’을 목표로 하는 정부의 ARPA-H 프로젝트를 수행하는 등, 차세대 플랫폼 기술 확보를 위한 개방형 혁신과 협력이 가속화되고 있다.⁵³

결론: mRNA 연구의 미래와 무한한 가능성

생명의 가장 기본적인 정보 전달자에서 출발한 mRNA는 이제 인류의 건강 패러다임을 근본적으로 바꾸는 ‘게임 체인저’로 진화했다. COVID-19 팬데믹을 통해 그 무한한 잠재력을 입증한 mRNA 기술은 백신을 넘어 암, 희귀 유전 질환, 자가면역질환 등 기존의 방법으로는 정복하기 어려웠던 수많은 질병에 대한 혁신적인 해법을 제시하고 있다. mRNA는 특정 단백질을 코딩하는 ‘생물학적 소프트웨어’로서, 그 응용 가능성은 무궁무진하다.

물론, 이 혁신적인 기술이 나아갈 길에는 여전히 해결해야 할 과제들이 남아있다.

• 전달 기술의 고도화: 현재 널리 사용되는 LNP 기술은 주로 간에 축적되는 경향이 있어, 뇌, 폐, 근육 등 다른 특정 장기나 조직으로 mRNA를 효율적이고 정밀하게 전달하는 기술 개발이 가장 시급하고 중요한 과제다.⁵⁵
• 안정성과 유통 편의성: 대부분의 mRNA 의약품이 초저온 콜드체인을 요구하는 것은 비용과 접근성 측면에서 큰 장벽이다. 상온에서도 안정성을 유지하는 새로운 제형 개발은 mRNA 기술의 보편화를 위해 필수적이다.⁵⁷
• 장기 안전성 및 면역원성: 특히 만성 질환 치료를 위해 반복적으로 투여해야 할 경우, 발생할 수 있는 면역 반응과 장기적인 안전성에 대한 충분한 데이터 확보와 연구가 필요하다.³⁷

이러한 도전에도 불구하고 mRNA 기술의 미래는 매우 밝다. 전 세계의 수많은 연구자와 기업들이 이러한 한계를 극복하기 위해 혁신적인 연구를 계속하고 있으며, 인공지능(AI)을 이용한 mRNA 서열 최적화, 새로운 전달체 개발 등 관련 기술 역시 눈부신 속도로 발전하고 있다. 기초과학의 순수한 지적 호기심에서 시작된 mRNA 연구가 인류에게 가져다준 선물은 이제 시작에 불과하다. 앞으로 mRNA 기술이 열어갈 새로운 의학의 시대는 우리가 상상하는 것 이상일 것이다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

1. Q: mRNA 백신은 우리 몸의 DNA를 바꿀 수 있나요?
   A: 아니요, 바꿀 수 없습니다. mRNA는 유전 정보가 저장된 세포핵 안으로 들어가지 않으며, 우리 몸의 DNA와 상호작용하거나 통합되지 않습니다. mRNA는 세포질 내 리보솜에서 단백질 합성 지령을 전달하는 임무를 마친 후, 수일 내에 세포의 자체적인 메커니즘에 의해 자연적으로 분해되어 사라집니다.37
2. Q: DNA가 아닌 RNA를 치료제로 사용하는 이유는 무엇인가요?
   A: RNA를 치료제로 사용하면 여러 장점이 있습니다. 첫째, RNA는 우리 몸의 영구적인 유전 정보인 DNA(게놈)에 변화를 주지 않아 안전성이 높습니다. 둘째, DNA 기반 치료제와 달리 핵을 통과할 필요 없이 세포질에서 직접 작용하므로 더 빠르고 효율적입니다. 셋째, 효과가 일시적이기 때문에 약물 용량을 조절하거나 치료를 중단하기 용이합니다.43
3. Q: 모든 mRNA는 동일한 구조를 가지고 있나요?
   A: 기본적인 구성 요소(뉴클레오타이드)는 같지만, 생물 종에 따라 구조에 중요한 차이가 있습니다. 특히 진핵세포(동물, 식물 등)의 mRNA는 원핵세포(세균 등)의 mRNA와 달리, 분자의 안정성을 높이고 기능을 정교하게 조절하기 위해 5′ 말단에 ‘캡(cap)’ 구조를, 3′ 말단에 ‘폴리-A 꼬리(poly-A tail)’라는 특수한 구조를 가지고 있습니다.6

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