발간등록번호 11-1543000-001249-01 보안과제 ( ), 일반과제 ( ) 과제번호 314080-1 국내 HPAI 예방용백신도입타당성분석및효능평가연구 The feasibility and efficacy studies for field application of HPAI vaccines 서울대학교산학협력단 - 1 -
제출문 농림축산식품부장관귀하 이보고서를 국내 HPAI 예방용백신도입타당성분석및효능평가실증연구 과제 ( 제 1 세부과제 국내 HPAI 예방용백신도입타당성분석및효능평가, 제 2 세부과제 국 내외 HPAI 백신주특성비교분석및백신조성최적화 ) 의보고서로제출합니다. 2015 년 12 월 18 일 주관연구기관명 : 서울대학교주관연구책임자 : 김재홍세부연구책임자 : 김재홍협동연구기관명 : 서울대학교협동연구책임자 : 권혁준 - 2 -
요약문 Ⅰ. 제목 국내 HPAI 예방용백신도입타당성분석및효능평가실증연구 Ⅱ. 연구성과목표대비실적 Ⅲ. 연구개발의목적및필요성 1. 해외백신접종현황 1997년부터 2014년 5월까지 63개국의가금및야생조류에서 7,526건이상의 HPAI 발생사례가보고되었으며 H5N1 HPAI 연중발생 (endemic) 국가로는베트남, 방글라데시, 인도네시아, 인도, 이집트, 중국이있음 (OIE). 이들국가중베트남, 인도네시아, 중국, 이집트에서는백신접종정책을채택하였고, 멕시코에서는저병원성및고병원성 H5N2 예방을위해백신정책을채택하였음 (OIE). 국가주도의전국적인백신정책이성공하기위해서는가금집단의항체양성율과항체역가를일정수준이상으로유지하는것이중요한데이를뒷받침하기위해서는상당한예산과인력이확보되어야함. 국가주도의백신정책사례들중이집트의경우실패사례로꼽히는데낮은백신접종율과항체양성율, 백신접종팀의비위생적행태, 자국에서유행하는백신주와다른상용백신사용등이원인으로지목되고있음 (FAO, 2011). - 3 -
반면, 중국의경우 2004년 3km 살처분구역바깥 5km 지역에처음으로백신을허가한이후로 2005년부터무상으로백신을공급하고있으며, 유행하는바이러스와일치하는항원성을갖는백신을지속적으로개발하여보급하고있음. 2008년에는 150억회접종분량이넘는백신이사용되었음. - 비록백신접종을한가금에서발생사례들이보고되고있고, 백신접종이이루어지지않는경우 ( 특히오리 ) 가있어백신접종정책에대한회의도있으나, 중국당국은대대적인백신정책으로인한발생사례감소와바이러스감소를확신하고있음 (FAO, 2011). 백신을채택한국가에서백신접종전후의 H5 HPAI 발생율과백신접종군분리주의유전자변이연구를통해백신후 HPAI 발생및바이러스 load 감소등긍정적인결과들이보고되고있으나, 변이주발생위험성이증가하고있는것으로보고되어유행바이러스에대한지속적인모니터링과현재유행하는바이러스를이용한백신접종을주문하고있음. 2. 국내현황 국내고병원성조류인플루엔자 (HPAI) 는 1차 (2003년 12월-2004년 3월 ), 2차 (2006년 11월-2007년 3월 ), 3차 (2008년4월-5월), 4차 (2010년 12월-2011년 5월 ), 5차 (2014년 1월-현재 ) 까지총다섯차례발생하여막대한경제피해를초래하였음. 4차고병원성조류인플루엔자의경우살처분보상금 669억원, 생계안정자금 18억원, 경영안정자금 1,221억원, 수매도태자금 733억원을포함한직접피해액은 2,641억원수준임. 가공 유통업체, 외식업체, 소매업체등을포함하는경우총피해규모 6,324억원에이르는것으로보고 ( 한국농촌경제연구원 ) 되어막대한경제피해를초래하고있음. 특히 5차발생의경우겨울철새도래이전에재발한후현재까지발생하고있어엔데믹에대한우려가커지고있음. 구제역사례처럼차단방역에실패하고백신에대한준비도이루어지지않아도입시점을놓치는경우산업기반붕괴는물론국민안전을위협할수있으므로국내 HPAI 예방용백신도입타당성평가를위한정보와실증데이터확보가필요함. 우리나라가철새이동경로상중요한위치를차지하고있어철새에의한바이러스유입차 단은불가능하며, 오리농장의방역위생관리부실과유통경로불투명성으로인해과거처럼 1 년걸러발생하거나앞으로매년발생하는최악의상황도배제할수없음. 3. HPAI 백신개발현황 중국은 PR8 바이러스의 6개내부유전자 (internal gene: PB2, PB1, PA, NP, M, NS) 와유행하는바이러스로부터약독화시킨 HA (cleavage site의 RRRKKR-을 -RETR-로치환하여약독화한 HA) 와 NA 유전자를갖는재조합바이러스를역유전학 (reverse genetics) 기술로제작하여사독백신을사용하고있음. - HA5 와 NA1 공여바이러스들의발육란증식성이낮았으나, 재조합바이러스들의증식성 은상당히개선된것으로알려져있음. 이들사독백신을접종하는경우오랜기간혈구응 집억제항체가지속되며오리나거위에대한효과도좋은것으로알려져있음. - 4 -
- 생독백신으로는재조합계두벡터백신과뉴캐슬병바이러스벡터백신이개발되었으나 상기의 PR8 재조합바이러스를이용한사독백신들이지속적으로많이사용되고있음. 국내에서는저병원성 H5 바이러스사독백신이개발된바있고, PR8 6개유전자와국내에서발생한 HA5, NA1을갖는재조합바이러스들이백신주로개발된바있음. 본연구자들은 PR8 바이러스에잔존하는포유류병원성제거, HA, NA 조합에따른바이러스증식성저하문제해소, 공통 HA2 에피톱면역원성향상을위한연구를수행하여새로운 H5N1, H5N2 및 H5N3 재조합백신주수종을개발하였음. 따라서국내외에서개발된백신주들이국내에서유행하는 H5N1/H5N8 HPAIV를효과적으로예방할수있는가를평가하는백신타당성연구가필요함. 최근국내연구결과에의하면오리에대한 H5N1 백신의효과가매우낮아일회접종으로질병방어는물론바이러스배출을완벽하게예방하기어렵기때문에 2회접종이필요하나육용오리의경우 7주령출하시기와맞지않는문제가해결되지않고있음. 따라서새롭게개발된백신주의접종경로와접종일령, 다양한면역증강제조성백신의오리효능평가가필요함. Ⅳ. 연구개발내용및범위 주변국 HPAI 발생상황및백신도입여부사례조사 - 국내및해외유행 HPAI 바이러스의유전자형 (clade) 조사 - 해외가금농장 ( 닭, 오리 ) 의 HPAI 백신도입사례 ( 현지실사포함 ) 및사용백신주조사 백신도입으로인한 HPAI 발생상황변화사례조사및위험요소예측 - 주변국의백신도입사용후 HPAI 발생률변화조사 - 주변국의백신도입사용후 HPAI 바이러스특성변화조사 - 백신도입으로발생가능한위험요소예측 국내상황을반영하는 HPAI 백신효능평가시험연구 - 해외및국내 HPAI 백신종류및효능조사 - 백신주유전자특성분석 - 국내외백신주의효능비교 - 특정병원체부재 (SPF) 닭및오리에서의백신효능평가 - 주변국사용백신및국내개발백신을활용한방어능평가 ( 국내유입 HPAI 바이러스에대한교차방어효능평가 ) - 가금종별 HPAI 백신접종시배출억제및전파억제효율평가 - 국내백신조성최적화 - 국내백신용법용량최적화 - 5 -
HPAI 백신도입의타당성분석 - 국내고병원성 AI 백신도입적부성검토 - 국내고병원성 AI 백신도입시파급효과 - 국내에서사용가능한 AI 백신종류검토분석 - 백신접종방법 ( 주사, 경구, 면역증가제혼합, 점안등 ) 에대한조사및타당성검토 - 가금축종별백신접종효능조사 기타 - 주변국 HPAI 유행및방역정책사례확보 - 상용화 ( 수입 ) 및국내개발 HPAI 백신의국내적용실효성평가자료확보 - 현장상황을반영한 HPAI 백신도입실효성검토시험자료포함 - 국내 HPAI 예방용백신도입시예상되는위험요소예측 - 과제추진시농림축산식품부정책부서와정책자문회의추진 (2회이상 / 년 ) - 연구성과의정책적연계방안제시 Ⅴ. 연구개발결과 1) 국내 HPAI 예방용백신도입타당성검토에활용할수있는해외사례조사결과확보 - 주변국 HPAI 발생상황및백신도입여부사례조사 - 백신도입으로인한 HPAI 발생상황변화사례조사및위험요소예측 - 주변국의백신도입후 HPAI 발생률변화조사 - 주변국의백신도입후 HPAI 바이러스특성변화및위험요소조사 2) 국내상황을반영하는 HPAI 백신효능평가시험연구 - 중국사용백신 (4종) 을활용한방어능 / 배출억제 / 전파억제효율평가 - 국산개발백신 (2종) 을활용한방어능 / 배출억제 / 전파억제효율평가 - 특정병원체부재 (SPF) 닭에서의백신효능평가 3) HPAI 백신도입의타당성분석 - 국내고병원성 AI 백신도입적부성검토 - 국내고병원성 AI 백신도입시파급효과 - 국내에서사용가능한 AI 백신종류검토분석 - 백신접종방법 ( 주사, 경구, 면역증가제혼합, 점안등 ) 에대한조사및타당성검토 - 가금축종별백신접종효능조사 4) 국내외 HPAI 백신주특성비교분석 - 해외유행 HPAI 바이러스의유전자형 (clade) 조사 - HPAI 바이러스별로혈구응집소 (hemagglutinin, HA) 유전자의특성비교분석 - HPAI 바이러스별로 NA (neuraminidase) 유전자의특성비교분석 - HPAI 바이러스별로내부유전자의특성비교분석 - 6 -
5) 연구성과의정책적연계방안제시 6) 유니버설백신주제작및방어효능평가 - 백신후보바이러스제작 - 백신후보바이러스효능평가 7) 국내백신조성최적화 - Adjunvant - 특정병원체부재 (SPF) 닭에서의백신효능평가 8) 국내백신용법용량최적화 - 특정병원체부재 (SPF) 닭에서의백신효능평가 Ⅵ. 연구성과및성과활용계획 효과적인 HPAI 예방용백신제작기술검증 H5 HPAI 백신평가방법확립 백신제작기술이검증되는경우다양한인플루엔자백신개발에활용할수있어백신산업성장에기여 국내 HPAI 백신을도입하는경우백신생산기술발전과동물약품산업성장기대 백신접종후지속적인농장관리필요에따른오리산업의선진화기대 HPAI 사후처리비용대비백신및추적관리비용이낮은경우국가재정에기여 가금산업기반안정화및고부가가치제품생산기반마련 - 7 -
SUMMARY ( 영문요약문 ) - 8 -
CONTENTS ( 영문목차 ) Chapter 1. Outline of Research Project Chapter 2. Present Situations of Research Chapter 3. Methods and Results Chapter 4. Achievements and Contributions in Relevant Research Field Chapter 5. Plans of Practical Uses Chapter 6. Data Collections during Project Chapter 7. The Present Condition of Research Facilities and Machies Chapter 8. Laboratory Safety Management Chapter 9. References - 9 -
목 차 제 1 장 연구개발과제의개요및성과목표 제 2 장 국내외기술개발현황 제 3 장 연구개발수행내용및결과 제 4 장 목표달성도및관련분야에의기여도 제 5 장 연구개발성과및성과활용계획 제 6 장 연구개발과정에서수집한해외과학기술정보 제 7 장 연구시설 장비현황 제 8 장 연구실안전관리이행실적 제 9 장 참고문헌 < 첨부 > 특허, 논문및시장분석보고서 - 10 -
제 1 장 연구개발과제의개요및성과목표 - 1 -
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제 2 장 국내외기술개발현황 - 4 -
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제 3 장 연구개발수행내용및결과 - 7 -
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μ - 26 -
백신명 H5 clade 구분 접종경로 마리수 G1 Re-6 (S사) 2.3.2.1-like IM 9 G2 Re-6 (Y사) 2.3.2.1-like IM 9 G3 Re-6+7 (Y 사 ) 2.3.2.1-like 7.2 IM 9 G4 Volvac B.E.S.T 2.3.2. SC 9 G5 PBS control - IM 9-27 -
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10 8 HI titer (Log 2 ) 6 4 2 0 BEST AI/ND RE6(Sinder) RE6(Yebio) RE6/7(Yebio) - 31 -
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% survival 120 100 80 60 40 20 Mortality GKL_10 6 _PB8 GKL_10 4 _PR8 PR8 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Days Post Inoculation - 56 -
% survival 120 100 80 60 40 20 Mortality GKL_10 6 _50-5 GKL_10 4 _50-5 SNU50-5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Days Post Inoculation - 57 -
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제 4 장 목표달성도및관련분야에의기여도 - 64 -
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제 5 장 연구개발성과및성과활용계획 - 66 -
제 6 장 연구개발과정에서수집한해외과학기술정보 - 67 -
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제 7 장연구시설 장비현황 ( 해당사항없음 ) - 69 -
제 8 장 연구실안전관리이행실적 - 70 -
제 9 장 참고문헌 - 71 -
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< 첨부 > 특허, 논문, 제품 ( 시장 ) 분석보고서 신청과제명 국내 HPAI 예방용백신도입타당성분석및효능평가실증연구 주관연구책임자김재홍주관기관서울대학교 1. 본연구관련국내외기술수준비교 개발기술명 관련기술최고보유국 현재기술수준우리나라연구신청팀 기술개발목표수준 백신생산기술중국 비고 백신평가기술호주 2. 특허분석 가. 특허분석범위 대상국가특허 검색기간검색범위 국내 국외미국 일본 유럽 특허정보원 무제한제목및초록 나. 특허분석에따른본연구과제와의관련성 개발기술명 백신생산기술 백신평가기술 검색건수 유효특허건수 특허명 인플루엔자바이러스의생산을위한다중플라스미드시스템 보유국미국 핵심특허등록년도 국내 및관련성관련성 유사점 재조합백신주 차이점 안됨 포유류병원성 - 76 -
3. 논문분석가. 논문분석범위 대상국가논문 검색기간검색범위 미국 일본 유럽 무제한제목 초록및키워드 나. 논문분석에따른본연구과제와의관련성 개발기술명 백신생산기술 백신평가기술 검색건수 유효논문건수 핵심논문 및관련성 논문명 학술지명 저자 등 등 게재년도 관련성 유사점 기반의 재조합백신 주령 목피하단회접종 차이점 안됨 포유류병원성 교차면역 일령 주령목피하 회접종 4. 제품및시장분석 가. 생산및시장현황 1) 국내제품생산및시장현황 국내 HPAI 백신제품생산및시장형성전무 2) 국외제품생산및시장현황 중국의경우 2008 년 120 억 dose 가사용되었는데 dose 당가격을알수없으나오일백 - 77 -
신임을고려하여수당한화 50 원을가정하면 6,000 억원에해당 나. 개발기술의산업화방향및기대효과 1) 산업화방향 ( 제품의특징, 대상등 ) 최근유행하는바이러스를항원으로사용하며닭과오리모두에사용 고역가항원을사용하고, DIVA가가능하며교차방어가가능한백신주를사용하는경향 2) 산업화를통한기대효과 HPAI 백신오리접종하는경우가정 - 연간 1 억 2000 만수를수당 1 차 25 원 /2 차 50 원 2 회백신접종하는경우 90 억원 HPAI 발생직접피해액 2,641 억원, 3 차산업피해액 3,701 억원 항목 산업화기준 단위 백만원 차년도 차년도 차년도 차년도 차년도계 직접경제효과 경제적파급효과 부가가치창출액 합계 5. 3P( 특허, 논문, 제품 ) 분석을통한연구추진계획 가. 분석결과향후연구계획 ( 특허, 논문, 제품측면에서연구방향제시 ) 1) 특허분석측면 본과제는신규한특허를출원하는과제가아님. 2) 논문분석측면 기존논문은 PR8 바이러스의 6개유전자와 HPAI의 HA 및 NA를사용하여제작한재조합바이러스를사용하여생산한백신을평가한것으로 PR8 바이러스가갖는포유류병원성을가지고있으며 DIVA가불가능하고, 교차방어능력이낮을것으로판단되므로, 본연구과제에서는이런조건을충족하는신규한백신주로실험을수행하여백신효능평가결과를국제학술지에투고할계획임 기존논문은오리백신접종시 3주령에한번접종한결과로본연구과제에서는조기방어를위해 1일령에묽은백신을 1차로접종하여항원노출을단기간에이루고 2주령에보강접종을통해항체수준을끌어올려그결과를국제학술지에투고할계획임 - 78 -
3) 제품및시장분석측면 국내및국외시장분석결과 H5N1 HPAI 예방용백신제품등의생산및판매가이루어지고있으나, 본연구과제에서는국내유행한바이러스와동일한항원성을갖고, 상기한특징을갖는백신에대한효능평가를추진하여백신타당성이있는경우 H5N1 백신제품을생산하여국내에판매할계획임 - 79 -
주 의 이보고서는농림축산식품부에서시행한농생명산업기술개발사업의연구보 고서입니다 이보고서내용을발표할때에는반드시농림축산식품부에서시행한농생 명산업기술개발사업의연구결과임을밝혀야합니다 국가과학기술기밀유지에필요한내용은대외적으로발표또는공개하여서는 아니됩니다 - 80 -