과학자들은 미국 서부의 전염병 발생 지역으로 가서 바이러스를 포획하고 수십 번 배양한 후 반제품을 변형하여 홍역 백신을 만들었습니다.
1954년 1월, 매사추세츠주 사우스버러에 있는 유서 깊은 남자 기숙학교 페이에서 홍역이 발생했습니다. 젊은 의사이자 과학자인 한 학생이 멸균 거즈와 주사기를 들고 병동으로 와서 아픈 학생 한 명 한 명에게 "젊은이, 자네는 과학적 도전에 직면해 있네."라고 말했습니다.
그의 이름은 토마스 피블스였고, 하버드 대학교의 미생물학자 존 F. 엔더스가 그를 보냈습니다. 엔더스는 소아마비 바이러스가 신경 조직 없이도 배양될 수 있다는 사실 을 발견하여 노벨 생리의학상을 수상한 세 명의 과학자 중 한 명이었습니다. 이 발견은 소아마비를 실험실에서 연구하기 쉽게 만들었고, 최초의 소아마비 백신 개발의 토대를 마련했습니다.
바이러스 "함정"
엔더스는 다음으로 홍역을 표적으로 삼았습니다. 전염성이 가장 강한 바이러스인 홍역은 체내에 침투하면 빠르게 퍼져 고열과 발진을 유발하여 환자를 매우 불편하게 만듭니다. 홍역은 뇌염이나 폐렴을 유발할 수 있습니다. 때때로 이 바이러스는 2차 감염 시 아급성 경화성 범뇌염을 유발하여 치명적일 수 있습니다.
페이 스쿨에서 홍역이 발생한 것은 드문 일이 아닙니다. 1950년대 중반, 매년 약 50만 명의 미국인이 홍역에 감염되어 약 500명이 사망했습니다. 세계 다른 지역에서는 2~3년마다 대규모 유행병이 발생하며, 빈곤국의 사망률이 높습니다. 따라서 홍역을 "치료"하는 것은 수백만 명의 생명을 구할 수 있습니다.
페이 스쿨에서 피블스는 면봉을 들고 얼굴이 붉고 얼룩덜룩한 십 대들에게 홍역 바이러스를 배양하고 싶다고 설명했습니다. 하지만 몇 주 동안 배양한 후에도 바이러스는 여전히 활성 상태를 유지했습니다.
2월 초, 피블스는 엔더스의 지시에 따라 바이러스 샘플을 인간 신장 세포 배양액에 넣었습니다. 샘플은 데이비드 에드먼스턴이라는 소년에게서 채취한 것이었습니다. 현미경으로 관찰한 결과, 그는 세포 구조의 변화를 발견했는데, 이는 바이러스가 증식하고 있다는 신호였습니다. 피블스는 엔더스에게 연락했습니다. 확인을 위해 원숭이들에게 바이러스를 주사했더니 발진과 고열이 나타났습니다. 다음으로, 바이러스를 봉쇄해야 했습니다.
닭의 난자에서 홍역 백신을 생산할 준비를 하고 있다. 사진: WHO
시행착오
백신의 원리는 약화된 병원균과 같은 천연 물질을 이용하여 체내 면역 반응을 자극하는 것입니다. 따라서 바이러스를 "포획"하고 배양하는 것은 매우 중요한 단계입니다.
하지만 과학자들은 병원균을 약화시켜 항원으로 진화시킬 수 있는 완벽한 공식이나 로드맵을 가지고 있지 않습니다. 과학자들은 끊임없이 실험하고 실수로부터 배워야 합니다.
연구팀은 인근 산부인과 병원에서 얻은 양막에서 바이러스를 배양하는 것으로 연구를 시작했습니다. 팀의 또 다른 구성원인 사무엘 L. 카츠 박사는 24번의 시도 끝에 바이러스를 성공적으로 복제했습니다. 카츠 박사는 "엔더스 박사는 바이러스가 인간의 양막 세포에서 배양된다면 유사한 환경에서도 복제될 수 있을 것이라고 제안했습니다."라고 썼습니다.
연구팀은 닭의 난자 세포로 약 13차례의 실험을 거친 후, 준실험용 제품을 얻어 원숭이에게 주사했습니다. 그 결과, 바이러스는 발진을 일으키지 않았고, 혈액에도 검출되지 않았으며, 중화 항체를 생성했습니다.
1958년까지 연구팀은 백신이 인체 실험에 적합하다고 판단했습니다. 이 백신을 처음 실험한 사람은 정신지체 아동을 위한 공립학교 학생이었는데, 이 학교는 열악한 환경과 이례적인 전염병 발생에 취약한 것으로 여겨졌습니다.
초기 시험 결과, 엔더스의 제품이 홍역 예방제로 효과가 있는 것으로 나타났습니다. 정신 장애인을 위한 한 학교에서는 백신 접종을 받은 23명의 어린이가 홍역 발병 후 아무런 증상을 보이지 않았습니다.
하지만 백신 접종은 심각한 부작용을 야기했습니다. 접종받은 아이들 대부분이 열이 나고, 절반은 발진이 생겼습니다. 머크의 바이러스 및 세포 생물학 연구실을 이끌고 엔더스 백신의 추가 시험, 제조, 그리고 상업적 유통을 담당했던 모리스 힐러만 박사는 "일부 아이들은 열이 너무 높아 경련까지 일으켰습니다."라고 회상했습니다.
과학자들은 백신을 개발하지 않고 감염 예방만을 위한 백신만 개발했습니다. 백신을 개발하려면 항원이 인체에 매우 효과적이고 안전해야 하며, 이에 대한 추가 연구가 필요합니다. 힐러먼은 이 직책에 적합한 훌륭한 과학자입니다.
현재 홍역-볼거리-풍진 백신. 사진: 로이터
힐러먼은 소아과 의사를 초빙하여 감마 글로불린(항체를 함유한 혈장 성분)을 연구하게 했습니다. 1962년, 연구팀은 엔더스 백신 접종과 동시에 소량의 감마 글로불린을 주사하면 백신의 부작용이 크게 감소한다는 사실을 밝혀냈습니다. 그 결과, 백신 접종을 받은 어린이의 85%는 면역글로불린 없이도 열이 났고, 접종 후 체온이 상승한 경우는 5%에 불과했습니다.
그러나 이로 인해 백신 접종과 유통이 여전히 어려워졌습니다. 힐레만은 엔더스 균주를 계속 개량하여 닭 배아 배양에서 40회 더 시험했습니다. 오늘날에도 여전히 사용되는 완전히 연화된 항원은 1968년에 출시되었습니다. 2000년이 되자 미국에서 홍역은 완전히 박멸되었습니다.
하지만 2010년대 후반에는 백신 반대 캠페인이 본격화되었고, 미국 전역에서 새로운 바이러스가 창궐하면서 백신을 맞지 않은 사람들의 관심이 쏠렸습니다.
현재 70세인 데이비드 에드먼스턴은 아이들에게 예방 접종을 하지 않은 것을 후회한다고 말합니다. 그는 홍역, 고열, 혼돈, 발진, 그리고 자신에게 과학계에 이름을 알리고 전 세계 수백만 명의 아이들을 보호할 기회를 준 연구원을 떠올립니다.
에드먼스턴은 예방 가능한 바이러스로 인해 뉴욕이 공중보건 비상사태를 선포한 가운데, 홍역 사례가 다시 증가하고 있다는 소식을 접하는 것은 "부끄러운 일"이라고 말했습니다.
오늘날 전 세계 어린이의 80% 이상이 최소 1회 홍역 백신 접종을 통해 홍역으로부터 보호받고 있습니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 백신은 2000년부터 2015년까지 약 1,710만 명의 생명을 구했습니다.
칠레 ( Gavi, ScienceDirect 에 따르면)
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