양계 벡터백신의 과거와 현재, 그리고 미래

벡터백신 필드에 적용 이후 ND, IBD, ILT, AI 등 예방에 사용

1 일령부터 사용 부화장에서부터 접종 가능하다는 장점도 지녀

다른 유전자 삽입된 3세대 재조합 HVT 벡터백신 일부국가 사용

고대성 수의사

Technical Manager

한국베링거인겔하임동물약품

수의학 박사

가금류의 사육이 산업화된 이후로 많은 생백신과 불활화 백신이 가금 질병을 예방하기 위해 사용되어 왔다. 여기에 더해 발전된 유전자 조작기술을 바탕으로 지난 30년 동안 재조합 백신이 개발되었을 뿐 아니라 실제 현장에서도 접종되고 있다.

특히 계두 바이러스와 HVT(herpesvirus of Turkey, 칠면조 헤르페스 바이러스)는 현재 양계용 재조합 백신을 만드는 데 사용되는 두 가지 주요 벡터로 사용되고 있으며, 글로벌 상황으로 보았을 때 뉴캣슬병(ND), 전염성 후두기관염(ILT), 전염성 F낭병(IBD), 조류 인플루엔자(AI) 및 마이코플라스마 갈리셉티쿰에(MG)등에 대한 15개 이상의 재조합 바이러스 벡터 백신이 개발되어 사용되고 있다. 이번 호에서는 여러 재조합 바이러스 벡터 백신의 안전성과 효능, 질병을 컨트롤하기 위한 기술들 및 향후 새로운 벡터를 이용한 기술들에 대한 정보를 전달하고자 한다.

그림 1. HVT 벡터 백신의 예

〈HVT 유전자 중간에 예방을 목적으로 하는 바이러스의 면역원성 유전자가 삽입되어 있다.〉

벡터 백신의 역사

바이러스 벡터 백신은 예방을 목적으로 하는 병원체의 면역원성과 관련된 유전물질(A)을 닭에 무해한 바이러스(B)에 삽입하여 제작된 백신으로, B가 체내에서 증식하면서 동시에 B에 포함된 A로부터 만들어진 단백질이 면역반응을 유도하는 방식이다.

벡터백신에 삽입된 병원체 유전물질 A는 스스로 복제하지 못하기 때문에 병원성 회복의 우려가 없어 안전성이 높은 장점이 있다. 이러한 벡터백신에 대한 시도는 1972년부터 시작되었으며, 1983년에는 인플루엔자 바이러스의 HA유전자가 삽입된 우두 바이러스 벡터백신에 대한 연구도 진행되었다. 벡터백신에 대한 컨셉이 확립되고 백신이 개발되면서 그것들을 필드에 접목하기 위해 안전성, 유효성, 면역원성, 유전자의 안정성 등에 대한 평가가 진행되었다.

이러한 항목들을 고려했을 때 양계 산업에서는 계두 바이러스(Fowl poxvirus, FPV)와 마렉 바이러스 중 하나인 HVT를 벡터로 사용한 백신들이 있으며 최근에는 HVT 벡터 백신의 사용이 활발해지고 있는 상황이다. 또한 이러한 벡터백신은 닭에서 1 일령부터 사용할 수 있어 부화장에서부터 접종이 가능하다는 장점도 가지고 있다.

한편 벡터백신에서는 각 병원체별로 벡터에 삽입되어 면역자극을 유도하는 유전자 역시 선정되어야 하는데 AI 바이러스의 HA 유전자, ND 바이러스의 HN 또는 F 유전자, ILT 바이러스의 여러 glycoprotein들 (gB, gD, gI 등), IBD바이러스의 VP2 유전자가 여러 시험을 통해 사용되고 있다.

표 1. ND 벡터백신

벡터에 목적하는 유전자만을 정확하게 삽입하는 기술 역시 여러 발달 단계를 거쳐왔으며 최근에는 가장 정확하고 빠르게 유전자를 편집하는 CRISPR/Cas9 기술이 널리 사용되고 있다.

계두 바이러스는 1990년대부터 벡터로 사용되어 왔는데 ND, ILT, AI, MG 등 여러 병원체들의 유전자를 삽입시키는 이용되고 있다. 하지만 계두 바이러스 벡터백신은 1 일령에 접종할 경우 삽입된 유전자가 유래된 병원체의 모체이행항체에 일부 영향을 받는 것으로 나타났으며, 일부 예외사례가 있지만 (ILT의 gB 유전자가 삽입된 계두 벡터백신), 이러한 이유로 점차 HVT 벡터백신을 보편적으로 사용하게 되었다.

표 2. ILT 벡터백신

HVT는 마렉병 바이러스 중 3형으로 분류되며 백신 주로 개발되어 단독으로 사용되거나 2형 마렉백신(SB-1 등)과 함께 또는 1형 마렉백신과 동시에 접종하여 마렉병을 예방하는 데 사용되어왔다.

HVT는 사이즈가 상당히 큰 바이러스이며 100여 개가 넘는 유전자들 중 non-essential 유전자로 분류되는 부위가 상당히 많아 외부 유전자를 삽입시켜 발현시키기에 유리한 구조를 가지고 있다. 편의상 계두 바이러스 벡터 백신을 1세대 벡터백신, HVT 벡터 백신을 2세대 벡터백신으로 구분하는데 HVT 바이러스 중 FC-126주(strain)가 대부분 벡터로써 사용된다.

마렉 바이러스의 특성상 액체질소에 백신을 보관/운송하는 추가적인 노력이 벡터백신의 여러 장점이 발휘되어 2007년 첫 HVT 벡터백신이 필드에 적용된 이후로 ND, IBD, ILT, AI 등의 질병을 예방하기 위한 백신들이 사용되고 있다.

벡터백신의 특징

닭에서는 기본적인 백신으로 살아있는 병원체를 순화시켜 백신으로 사용하는 생백신과 병원체를 완전히 불활화 시킨 사백신이 있다. 따라서 HVT 벡터백신의 특징은 자연스레 기존의 생/사백신과 비교하게 된다. HVT 벡터백신은 생/사백신과 다르게 병원체 전 부분을 이용하는 것이 아니라 면역원성을 유도할 수 있는 유전자 일부만이 발현되어 원하는 면역반응을 유도하는 것이 가장 큰 차이점이다.

예를 들어 IBD백신의 경우 모체이행항체가 높은 어린 일령에 생독백신을 접종하면 백신이 모체이행항체에 의해 중화되어 기능을 하기 어렵고 접종일령을 모체이행항체가 소진된 이후로 미루면 야외 IBD바이러스에 의한 공격을 방어해 낼 수 없는 기간이 생기게 된다. 또한 생독백신은 F낭에서 백신주가 증식하기 때문에 불가피하게 F낭이 영향을 받게 되는 측면도 생기게 된다.

반면, HVT 벡터 백신은 1 일령에 접종하더라도 모체이행항체에 의해 중화되지 않고 F낭에 미치는 영향도 생독백신에 비해 덜하다. 또한 HVT바이러스는 한번 접종한 뒤 잠복감염된 상태에서 지속적으로 재활성화되어 꾸준히 면역원성을 가지기 때문에 여기에 삽입된 항원도 거의 오랫동안 발현되어 장기간 면역원성을 유지할 수 있어 사독백신을 대체할 수 있는 측면도 있다.

표 3. IBD 벡터백신

국내에서도 현재 백시텍 HVT+IBD(한국베링거인겔하임동물약품)이라는 벡터백신이 활발히 사용되고 있다. 하지만 생백신은 HVT 벡터백신과 비교해 호흡기 국소면역(예:ND 생백신)을 자극할 수 있으며 접종 후 면역력이 벡터백신보다 조금 더 빠르게 나타나는 특징이 있다.

또한 백신접종 후 항체역가를 모니터링할 때 HVT 벡터백신을 접종한 경우 삽입된 유전자가 만들어내는 단백질을 검출할 수 있는 키트를 사용해야 한다는 점을 주의해야 한다. 예를 들어 IBD 바이러스의 VP2 유전자가 삽입된 HVT-IBD(VP2) 벡터백신을 접종한 경우 VP3가 코팅된 ELISA 키트를 사용하게 되면 올바른 항체 역가를 평가할 수 없으며 VP2 단백질에 대한 항체를 검사할 수 있는 ELISA 키트를 사용해야 한다.

또한 ND의 F유전자가 삽입된 HVT-ND 백신의 경우 HI 시험에 대한 결과가 ND 생백신을 접종했을 때와 다르게 나타날 수 있다는 점도 유의해야 한다. 실제 방어능력과는 무관하더라도 백신접종 후 모니터링 측면에서 사전에 이러한 특징들을 알고 있는 것이 중요하다. 또한 HVT 벡터백신은 다른 HVT 벡터백신과 동시에 사용하면 효능이 떨어지기 때문에 병용이 어렵다는 특징도 있다.

이러한 한계점을 극복하기 위해 2010년대 후반 두 개의 서로 다른 유전자가 삽입된 3세대 재조합 HVT 벡터백신이 개발되어 일부 국가에서 사용되고 있다. 전 세계적인 벡터백신의 현황은 표 1, 2, 3에 나와 있으며 최근에는 1, 2형 마렉백신인 CVI988주나 SB-1주를 벡터로 사용해 다른 항원을 삽입하는 시도들 그리고 HVT에 3개의 항원을 삽입해 백신으로 개발하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 아직 상용화된 제품은 없지만, 이러한 연구들은 여러 질병을 한 번의 백신접종으로 예방하거나 HVT 벡터백신과 함께 사용하기 위한 목적을 가지고 시도되고 있다.

맺음말

위에서 기술한 바와 같이 벡터백신은 기존의 생백신 형태의 백신과 비교해 구분되는 특징이 있다. 국내 사육환경과 여러 가지 여건 상 다른 국가들과 비교해 벡터백신은 아직 광범위하게 적용되지는 않고 있지만, 향후 벡터백신이 접목될 때 이러한 특징들을 잘 이해하고 있다면 올바르게 백신을 사용하는데 도움이 될 수 있을 것이다.