mRNA 생산 플랫폼의 전환점: 화이자 USTAT는 플라스미드 DNA를 대체할 수 있을까

핵심 요약

• 화이자는 USTAT(Unified Sequential Template Amplification and Transcription)이라는 새로운 플랫폼을 도입했습니다.

• 이 플랫폼은 롤링 서클 증폭(RCA)을 사용하여 기존의 플라스미드 DNA에 의존하지 않는 mRNA 제조 공정을 구축합니다.

• DNA 주형 생성부터 mRNA 생산까지 걸리는 시간을 잠재적으로 약 이틀 정도로 단축할 수 있다.

• RNA 품질은 기존 플라스미드 DNA 기반 제조 방식과 유사하지만, dsRNA 형성 등의 문제점은 여전히 남아 있습니다.

• 이 기술은 향후 맞춤형 암 백신, 희귀 질환 치료제, 차세대 RNA 치료제 제조에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

서론: 미래의 mRNA 의약품은 여전히 박테리아를 필요로 할까요?

코로나19 백신의 성공적인 출시 이후, mRNA 기술은 감염성 질환을 넘어 암 면역 치료, 단백질 대체 요법, 유전자 편집 및 재생 의학 분야로 빠르게 확장되었습니다.

지난 몇 년간 대부분의 논의는 다음과 같은 사항에 집중되었습니다.

• 더 나은 mRNA 설계

• 개선된 지질 나노입자(LNPs)

• 원형 RNA

• 자가증폭 RNA

• 조직 특이적 전달 기술

하지만 mRNA 약물 개발 분야에 종사해 본 사람이라면 금방 다른 사실을 깨닫게 됩니다.

많은 경우, 실제 병목 현상은 RNA 자체에 있는 것이 아닙니다.

이는 RNA 생성의 상류에 있는 DNA 주형입니다.

오늘날 대부분의 mRNA 제조 공정은 플라스미드 DNA(pDNA)에 의존합니다.

다시 말해, mRNA를 만들기 전에 먼저 DNA를 만들어야 합니다.

일반적인 과정은 다음과 같습니다.

DNA 디자인

↓

플라스미드 구축

↓

세균 발효

↓

플라스미드 정제

↓

선형화

↓

시험관 내 전사(IVT)

↓

mRNA

이 워크플로는 고도로 표준화되었습니다.

코로나19 백신 개발 시대에 모더나와 화이자/바이오엔텍 같은 기업들은 유사한 제조 체계를 활용했습니다.

하지만 이는 흥미로운 질문을 제기합니다.

새로운 mRNA 제품을 개발할 때 가장 많은 시간이 소요되는 단계는 RNA 자체를 만드는 것이 아니라 DNA 주형을 만드는 단계인 경우가 많습니다.

업계가 나아가고 있는 방향은 다음과 같습니다.

• 개인 맞춤형 암 백신

• 희귀질환 치료제

• 주문형 제조

DNA 주형 생산 속도가 다음 주요 병목 현상이 될 수 있습니다.

그래서 최근 화이자에서 발표한 자료가 제 관심을 끌었습니다.

저자들은 새로운 RNA 서열을 개발하고 있었던 것은 아닙니다.

그들은 새로운 지질 나노입자(LNP)을 개발하고 있지 않았습니다.

대신 그들은 더욱 근본적인 질문을 던졌습니다.

우리는 여전히 플라스미드 DNA가 필요한가요?

화이자는 RNA 자체를 재창조하는 것이 아니라, RNA를 만드는 방식을 재창조하고 있는 것이다.

2026년, 화이자 생물공정 연구개발팀은 npj Vaccines 에 흥미로운 연구 결과를 발표했습니다 .

USTAT: 통합 순차 템플릿 증폭 및 전사 - 완전 합성 mRNA 제조 플랫폼

다른 많은 RNA 치료제 관련 논문들과는 달리, 본 연구는 새로운 RNA 서열에 초점을 맞추지 않습니다.

또한 새로운 전달 기술에 초점을 맞추지도 않습니다.

대신, 이 글은 근본적인 질문에 초점을 맞춥니다.

mRNA는 어떻게 제조되어야 할까요?

저자들은 대담한 아이디어를 제시했다:

만약 우리가 세균 발효 과정을 완전히 생략하고 합성 DNA로부터 RNA를 직접 생성할 수 있다면 어떨까요?

제조업은 다음과 같이 변할 수 있을까요?

• 더 빠르게?

• 더 간단하게?

• 개인 맞춤형 의료에 더 적합할까요?

이 질문이 USTAT의 개발로 이어졌습니다.

USTAT는 정확히 무엇인가요?

간단히 말해, USTAT는 롤링 서클 증폭(RCA)을 사용하여 DNA 템플릿을 생성한 다음 이를 직접 RNA로 전사하는 시스템입니다.

워크플로는 다음과 같습니다.

합성 DNA

↓

원형 DNA

↓

롤링 서클 증폭(RCA)

↓

선형화

↓

시험관 내 전사(IVT)

↓

mRNA

핵심적인 차이점은 USTAT가 기존의 플라스미드 발효 과정을 없애준다는 점입니다.

박테리아 생산 시스템은 필요하지 않습니다.

대신 DNA 증폭, 선형화 및 RNA 전사가 연속적인 워크플로우에 통합됩니다.

이 기술이 성공한다면 DNA 설계부터 mRNA 생산까지 걸리는 시간을 단 며칠로 단축할 수 있을 것이다.

그림 1. USTAT 워크플로우와 기존 플라스미드 DNA 제조 공정 비교. 출처: LuTra Studio

첫 번째 혁신: 중요한 DNA만 남기기

전통적인 플라스미드 DNA는 표적 유전자보다 훨씬 더 많은 것을 포함하고 있습니다.

대표적인 플라스미드는 다음과 같습니다.

• 항생제 내성 유전자

• 복제 기점

• 박테리아 골격 서열

이러한 구성 요소들은 박테리아 증식에 필수적이지만 최종 mRNA 산물에는 아무런 영향을 미치지 않습니다.

USTAT는 매우 다른 접근 방식을 취합니다.

DNA 템플릿에는 다음만 포함되어 있습니다.

• T7 프로모터

• 5′ UTR

• 코딩 서열

• 3′ UTR

• 폴리(A) 꼬리

즉, 모든 DNA 요소는 RNA 생성에 직접적으로 기여합니다.

언뜻 보면 단순히 템플릿 크기가 줄어든 것처럼 보일 수 있습니다.

실제로 이는 사고방식의 상당한 변화를 의미합니다.

미래의 DNA 주형은 박테리아에서 유래할 필요가 전혀 없을 수도 있습니다.

어떤 결과가 가장 놀라웠나요?

이 논문에서 가장 흥미로운 부분을 꼽으라면 바로 이것입니다.

정제 과정 자체가 RNA 품질을 저하시켰다.

원래 워크플로는 다음과 같았습니다.

RCA

↓

정제

↓

선형화

↓

정제

↓

IVT

결과적으로 얻어진 RNA의 품질은 실망스러웠다.

RNA 무결성은 약 60%에 불과했습니다.

연구진은 그 후 놀랍도록 간단한 실험을 수행했습니다.

중간 정제 단계를 제거했습니다.

그 결과는?

RNA 무결성이 거의 86%까지 상승했습니다.

이 발견은 일반적인 통념에 도전합니다.

정제 과정이 더 복잡하다고 해서 항상 품질이 더 좋아지는 것은 아닙니다.

RCA는 고도로 분지된 DNA 구조를 생성합니다.

저자들은 정제 과정에서 이러한 구조가 손상되어 IVT 템플릿으로서의 효율성이 감소했을 수 있다는 가설을 세웠습니다.

프로세스 개발 관점에서 볼 때, 이는 매우 흥미로운 교훈입니다.

때로는 가장 큰 개선은 단계를 추가하는 것이 아니라 불필요한 단계를 제거하는 데서 비롯됩니다.

그림 2. RCA DNA의 초분지 구조 및 정제 단계의 잠재적 영향. 출처: LuTra Studio

USTAT는 어떻게 최적화되었습니까?

연구원들은 그 후 고전적인 공정 개발 모드로 들어갔습니다.

그들은 다음과 같은 사항들을 체계적으로 평가했습니다:

• RCA 반응 시간

• 무작위 헥사머 농도

• 완충액 조성

• 염분 농도

• 첨가제

특히 흥미로운 점은 선형화 단계와 관련된 관찰 결과였습니다.

온도를 37°C에서 50°C로 높였을 때 RNA 무결성이 더욱 향상되었습니다.

그럴듯한 설명은 높은 온도가 복잡한 RCA DNA 구조를 부분적으로 이완시켜 제한 효소 소화 효율을 높인다는 것입니다.

이러한 결과는 프로세스 개발에서 흔히 볼 수 있습니다.

획기적인 기술에서 오는 것이 아니라 시스템에 대한 더 깊은 이해에서 오는 경우가 많습니다.

USTAT의 최종 성적표

광범위한 최적화 작업을 거친 후, USTAT는 놀라울 정도로 뛰어난 성능을 보였습니다.

RNA 무결성

USTAT: 약 86%

플라스미드 DNA: 약 91%

격차가 예상외로 작습니다.

RNA 충실도

RNA 시퀀싱 분석 결과 다음과 같은 사실이 밝혀졌습니다.

• 유의미한 돌연변이는 발견되지 않았습니다.

• 의미 있는 삽입이나 삭제는 없습니다.

이는 RCA가 시퀀스 정확도를 저하시키지 않음을 나타냅니다.

5′ 캡핑 효율

플라스미드 유래 RNA보다 약간 낮습니다.

하지만 그 차이는 비교적 미미했습니다.

dsRNA 함량

이것이 여전히 가장 큰 과제입니다.

USTAT는 기존 플라스미드 DNA 워크플로우보다 더 높은 수준의 dsRNA를 생성했습니다.

RNA 치료제의 경우, 이중가닥 RNA(dsRNA)는 선천성 면역 반응을 활성화하고 번역 효율을 감소시킬 수 있습니다.

대규모 구현에 앞서 추가적인 최적화 작업이 필요할 것으로 예상됩니다.

그림 3. USTAT와 기존 플라스미드 DNA 워크플로우 간의 RNA 품질 지표 비교. 출처: LuTra Studio

가장 예상치 못한 결과: 발현 지속 시간 증가

저자들은 HEK293T 세포에서 루시페라제 발현을 평가했습니다.

결과는 놀라웠다.

USTAT 유래 RNA는 초기 시점에서 발현량이 더 낮게 나타났다.

하지만 48시간이 지나자 발현 수준은 플라스미드 유래 대조군의 수준을 넘어섰습니다.

흥미롭게도, 저자들은 이 현상을 완전히 설명하지 못했습니다.

가능한 설명은 다음과 같습니다.

• RNA 접힘 방식의 차이

• RNA 안정성의 차이

• 변화된 번역 속도

• dsRNA 분포의 변이

이러한 관찰 결과는 추가적인 조사가 필요합니다.

만약 검증된다면, 이는 제조 전략뿐만 아니라 잠재적으로 치료 효과에도 영향을 미칠 수 있습니다.

이 논문의 진정한 의미는 RCA에 있는 것이 아닙니다.

많은 독자들이 RCA에 집중할 것입니다.

그건 더 큰 그림을 놓치는 거라고 생각해요.

이 연구에서 가장 중요한 점은 화이자가 10년 넘게 거의 의문시되지 않았던 가정에 이의를 제기하고 있다는 것입니다.

mRNA는 정말 플라스미드 DNA를 필요로 할까요?

그것이야말로 진정으로 혁신적인 아이디어입니다.

DNA 주형을 만드는 데 더 이상 발효 과정이 필요하지 않다면, 우리는 근본적으로 다음과 같은 것들을 재고할 수 있을 것입니다:

• 제조 비용

• 생산 속도

• 맞춤 설정 기능

• 공급망 유연성

mRNA 제조 플랫폼 업계는 이미 플라스미드 DNA를 넘어선 미래를 내다보고 있습니다.

화이자가 대안을 모색하는 것은 유일한 회사가 아닙니다.

이미 여러 기업들이 다양한 전략을 추진하고 있습니다.

Touchlight

Touchlight의 Doggybone DNA(dbDNA) 플랫폼은 세포를 전혀 사용하지 않는 공정을 통해 DNA 템플릿을 생성합니다.

해당 기술은 이미 GMP 제조 및 임상 적용 분야에 도입되었습니다.

Aldevron

Aldevron은 기존의 플라스미드 DNA 제조 외에도 다음과 같은 서비스를 제공합니다.

• 선형 DNA

• 핵산 원료

• RNA 치료제 및 유전자 편집 프로그램 지원

PlasmidFactory

PlasmidFactory는 미니서클 DNA 기술을 전문으로 합니다.

미니서클 DNA는 대부분의 박테리아 골격 서열을 제거함으로써 불필요한 유전 물질을 줄입니다.

화이자 USTAT

화이자의 접근 방식은 RCA 기반 DNA 증폭에 의존합니다.

아직 연구 단계이긴 하지만, 이는 매우 유망한 대안을 제시합니다.

개인 맞춤형 의학이 어떤 이점을 가져다줄 수 있을까요?

만약 모든 환자에게 궁극적으로 고유한 RNA 서열이 필요하게 된다면, 병목 현상은 더 이상 RNA 설계에 있지 않을 수도 있습니다.

병목 현상은 다음과 같을 수 있습니다:

DNA 주형을 얼마나 빨리 생성할 수 있을까요?

예시로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

개인 맞춤형 암 백신

환자마다 신생항원이 다릅니다.

희귀 질환 치료법

환자 수가 적기 때문에 유연한 제조 전략이 필요합니다.

주문형 제조

향후 적용 가능한 분야는 다음과 같습니다.

• 팬데믹 대응

• 군사 의학

• 원격 의료 환경

USTAT가 결국 이러한 용도에 쓰이게 될지는 아직 알 수 없습니다.

하지만 이는 해당 분야의 중요한 방향을 제시합니다.

LuTra Studio의 시각

더 넓은 산업적 맥락에서 볼 때, 이 논문은 mRNA 치료제 분야의 미래 경쟁이 단순히 더 나은 RNA를 설계하는 것에만 국한되지 않을 수 있음을 시사합니다.

점점 더 제조업이 중요해질 수도 있습니다.

코로나19는 RNA의 위력을 입증했습니다.

개인 맞춤형 의학 시대가 도래하면 업계는 DNA 템플릿의 가치를 재고해야 할 수도 있습니다.

차세대 경쟁 우위는 더 나은 RNA 설계에서 나오는 것이 아니라, 더 빠르고 유연한 RNA 제조에서 나올 수도 있습니다.

LuTra Studio 기술 및 CMC 전략 컨설팅

LuTra Studio는 생명공학 및 생명과학 분야 기업을 대상으로 기술 및 전략 컨설팅 서비스를 제공합니다.

• mRNA 플랫폼 개발

• DNA 템플릿 전략 평가

• LNP 전달 기술

• 공정 개발 및 규모 확대

• CMC 전략 계획

• CDMO 선정 및 기술 실사

• 새롭게 떠오르는 RNA 제조 기술

과학적 혁신에서 상업화에 이르기까지, 진정한 과제는 최초의 유망한 결과를 도출하는 데 있는 것이 아닙니다.

진정한 과제는 기술을 확장 가능하고 제조 가능하며 규제 요건을 충족하는 플랫폼으로 전환하는 것입니다.

참고 자료

Ghosh S, Simms CL, Rohrer SD, Castaneda CH, Saelens JW, Niehaus K, Swyers MJ, Russo J., USTAT: 통합 순차 템플릿 증폭 및 전사 - 완전 합성 mRNA 제조 플랫폼. Npj Vaccines. 2026;11:112. DOI: https://doi.org/10.1038/s41541-026-01434-8

LuTra Studio 노트

이 글은 주로 화이자(Pfizer)가 npj Vaccines 에 발표한 USTAT 연구와 공개적으로 이용 가능한 업계 정보를 바탕으로 작성되었습니다 . DNA 템플레이트 플랫폼, 맞춤형 의학, 그리고 미래 RNA 제조 동향에 대한 논의는 저자의 개인적인 관찰과 분석을 반영한 것이며, 언급된 기업들의 공식적인 입장을 대변하거나 향후 상용화 결과를 예측하는 것은 아닙니다.