I. 서언
백신이란 특정 질병에 대하여 생체 내에서 항체를 유도하게 하는 물질을 말한다. 백신은 항체 유도 방식에 따라 항원이 되는 물질을 피하조직에 주사하여 항체를 유도하는 주사용 백신과 항원 물질을 섭취하여 항체를 유도하는 식품 백신으로 구분된다. 식물유래 백신은 식품 백신에 초점을 맞추어 개발되어왔다.
II. 식물유래 식품 백신의 장점
일반적으로 사용되고 있는 백신은 약독화되거나 불화된 병원체로서 접종 후 국소 또는 전신적인 부작용이 가끔 발생하고 있다. 열에 약하기 때문에 저온 보관에 따른 부수적인 경제적 부담과 백신으로 사용된 병원체가 변형을 일으켜 강한 독성과 감염성을 갖게 될 우려도 있고, 접종을 위해 전문인이 필요한 단점들이 있다. 이에 비하여 식물체를 이용한 식품 백신 생산은 대량생산이 가능하고 백신 보존의 안전성이 있으며, 한번에 대상 다수에 대하여 예방접종이 가능하다. 또한, 많은 병원균이 기관지, 장, 생식기 점막을 통하는 감염 경로를 가지는데 식품 백신은 경구 투여하기 때문에 점막면역과 전체적인 면역반응을 증가시키기 용이하고, 불화된 바이러스가 독성을 회복하는 것과 같은 위험이 전혀 없다는 장점이 있다.
III. 식물시스템의 경제성
식물을 이용한 백신생산은 비교적 적은 비용으로 대규모 생산이 가능하고, 수확에서 공정까지 기존 시설을 이용할 수 있다. 분자농업을 위한 초기 비용이 세포배양보다 훨씬 적게 들 뿐만 아니라 공기 중의 탄소원과 태양에너지를 근원적인 에너지원으로 사용하기 때문에 생산단가가 절대적으로 저렴하며, 전문배양기술자도 필요로 하지 않는다. 동물세포를 이용하여 생산된 항원 단백질은 바이러스, 암 유발 DNA와 프리온 등을 걸러내야 하기 때문에 상당한 공정비용이 추가된다. 사실 생산비용을 제외하고서도 백신 단백질 생산과 관련된 비용의 85% 이상이 생산단계보다도 오히려 추출하고 공정하는 생산 이후의 과정에서 소요된다. 그러나 백신 단백질의 생산주체로서 식물을 이용하면 이들 과정을 거치지 않아도 된다. 따라서 동물세포를 이용하는 것의 0.1%의 비용으로 백신생산이 가능하다.
III. 식품 백신의 개발 방향
지금까지는 단일 항원에 의한 항체 유도가 주요 연구주제가 되어왔지만, 점차 동일 입자 내에 여러 가지 항원을 포함하는 다가 백신 연구가 주목을 받고 있다. 또한, 초기의 식물 백신 연구에서는 담배를 모델시스템으로 이용하였으나 실질적인 상용화를 위하여 감자를 비롯한 토마토, 당근, 시금치, 알팔파 등 식용이 가능한 식물에 대하여 연구가 진행되고 있다. 특히 각 국가의 여건에 맞는 바나나와 같은 현지 재배 가능한 식물체의 형질전환 시도도 이루어지고 있다.
IV. 문제점과 전망
최근 형질전환 식물을 이용한 백신 생산은 식물의 생장 조건과 채집하는 식물체의 부위와 시기에 따라 발현 단백질량이 크게 다르므로 이에 따른 문제점이 지적되고 있다. 즉, 면역성을 유도할 수 없는 양의 형질전환 식물을 계속 섭취할 때 항원 단백질을 자신의 단백질로 인식하게 되어 실제로 병원이 공격했을 때 감염될 수밖에 없는 상황까지도 가능하다는 지적이다. 또한, 경구 투여는 사람의 신체조건에 따라서 그 섭취량을 달리해야 하기 때문에 표준화하기가 어렵다는 지적도 있다. 이와 같은 문제를 극복하기 위하여 엽록체 형질전환 연구도 수행되고 있다. 즉, 엽록체 형질전환은 세포 한 개에 수십～수백 개의 엽록체를 포함하고 있어서 엽록체 DNA에 하나의 백신 유전자가 삽입되어 형질전환된 엽록체로 균질화될 때 수십～수백 개의 백신 유전자가 들어 있는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 백신생산 식물을 모아서 분쇄한 다음 균일화시키고 생물검정에 의하여 투여량을 적시하는 방법, 초기 면역반응이 유도된 동물이나 인체에 면역반응 유도증가를 위한 경구백신으로 사용하는 방법 등 여러 가지 방법이 고려되고 있다. 비록 초기에 고려되지 않은 문제점이 돌출되고 있지만, 다방면의 연구에 의하여 어렵지 않게 식물 식품 백신이 현실화되리라 전망된다.