코로나19 치료제 활용가능한 인공단백질 개발

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슈퍼컴퓨팅 디자인한 코로나19 치료제 후보 인공단백질 11 가지 개발
생산공정 확립, 자체 생산 및 중화기능 분석과 세포독성 분석 완료
치료제 효능 검증을 위한 코로나19 대상 실험 및 전임상 실험 예정

국내 연구진이 슈퍼컴퓨팅과 빅데이터 기술을 활용해 코로나19 치료제로 활용할 수 있는 인공단백질을 개발했다. 효능 검증을 위해 조만간 생물안전3등급(BSL3급) 임상실험을 시작한다.

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 슈퍼컴퓨팅·빅데이터센터와 핵심단백질자원센터가 슈퍼컴퓨팅 시뮬레이션을 이용해 코로나19가 인간세포 수용체 단백질과 결합하지 못하도록 중화작용하는 인공단백질 11개 후보를 디자인하는데 성공했다고 29일 밝혔다. 센터는 디자인한 11개 치료제 후보 인공단백질의 생산 공정을 확립하고, 자체 생산 및 중화기능 분석 및 인간세포 독성 분석도 마쳤으며 특허도 출원했다.

코로나19 바이러스 표면의 스파이크 돌기 RBD 단백질(빨간색)과 인간 세포 표면 hACE2 수용체 단백질(파란색)의 결합 모식도.
<코로나19 바이러스 표면의 스파이크 돌기 RBD 단백질(빨간색)과 인간 세포 표면 hACE2 수용체 단백질(파란색)의 결합 모식도.>

연구진이 개발한 인공단백질은 코로나19 표면의 스파이크 돌기 RBD 단백질이 인간세포 hACE2 수용체 단백질에 결합하지 않도록 중화작용하는 역할을 한다. 11개 인공단백질의 아미노산 서열과 2차원 구조를 슈퍼컴퓨팅으로 디자인한 것이다.

기존 코로나19 치료제 개발은 이미 개발된 약물을 이용하는 약물재창출, 완치자 혈액속 항체를 이용하는 혈장치료제, 항체를 개발하는 항체 치료제 등이 주를 이루고 있다. 그러나 이들 방법은 개발 난이도, 기간, 비용과 효능, 안전성에 따라 서로 다른 장단점을 지녀 현재 연구 및 임상결과로는 성공하지 못한 상태다.

DGIST가 개발한 코로나19 바이러스 치료제 인공단백질의 중화작용 모식도.
<DGIST가 개발한 코로나19 바이러스 치료제 인공단백질의 중화작용 모식도.>

연구진은 원자차원 슈퍼컴퓨팅 시뮬레이션과 통계열역학, 생물물리학을 이용한 전혀 새로운 방법을 적용했다. 코로나19 스파이크 돌기 단백질과 인간 세포 수용체 단백질 구조에 기반을 둔 치료제 후보 인공단백질 구조를 슈퍼컴퓨팅 계산을 통해 디자인하고, 디자인된 치료제 후보 인공단백질에 대해 구조적, 열역학적 안정성 검증도 마쳤다.

연구진은 개발한 후보 인공단백질의 클로닝, 발현, 정제, 생산 공정을 개발하고 자체 생산을 진행했다. 그 결과 현재 총 11개 단백질 가운데 7개는 고순도 생산을 완료했다.

장익수 DGIST 슈퍼컴퓨팅·빅데이터센터와 핵심단백질자원센터 센터장은 “이번에 개발한 코로나19 치료제 후보 단백질들의 효능을 검증하기 위해 곧 BSL3급 코로나 바이러스 실험 및 전임상 실험을 실시할 계획”이라면서 “앞으로 진행될 세포주, 동물과 인간에서 코로나19 바이러스에 대한 치료제 후보 단백질의 효능분석 연구 결과에도 큰 기대를 갖고 있다”고 밝혔다.

장익수 DGIST 슈퍼컴퓨팅·빅데이터센터및 핵심단백질자원센터장
<장익수 DGIST 슈퍼컴퓨팅·빅데이터센터및 핵심단백질자원센터장>

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com