DGIST, 슈퍼컴퓨터로 신개념 코로나 치료제 후보물질 개발

컴퓨터 시뮬레이션으로 스파이크 단백질 중화하는 인공단백질 구조·공정 설계
11가지 개발해 특허도 출원… 시제품 생산, 실험실 수준 효능·안전성 확인

DGIST 연구팀이 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 통해 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질(RBD)과 결합할 수 있는 치료제 후보물질(PEP9) 구조를 설계했다./DGIST 제공

국내 연구진이 슈퍼컴퓨터를 이용해 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 치료제 후보물질 11가지의 구조와 생산공정을 디자인하고 일부는 시제품 생산에 성공했다. 전통적인 감염병 치료제 개발 방식을 깬 신개념 접근법으로 주목받고 있다.

대구경북과학기술원(DGIST) 슈퍼컴퓨팅·빅데이터센터와 핵심단백질자원센터 연구팀은 원자 수준 시뮬레이션을 통해 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질이 인간 세포의 ‘hACE2’ 수용체 단백질에 결합하지 못하도록 하는 새로운 치료제 후보물질들의 아미노산 서열과 구조를 디자인하는데 성공했다고 29일 밝혔다.

코로나19 바이러스 표면의 돌기 구조인 스파이크 단백질은 인간 세포의 hACE2와 결합해 세포 감염을 일으킨다. 전 세계적으로 스파이크 단백질을 무력화하는 중화작용을 활용, 코로나19를 치료할 수 있는 약물 개발이 이뤄지고 있다.

기존에 다른 용도로 개발됐던 약물을 코로나19용으로 개발하는 ‘약물 재창출’, 완치자 혈액 속 항체를 이용하는 ‘혈장 치료제’, 코로나19 바이러스에 반응하는 항체를 개발하는 ‘항체 치료제’, 화학합성 물질을 이용한 ‘신약 개발’방식이 전통적인 코로나19 치료제 개발 방식이다.

연구팀은 이들 기존 개발방식과는 전혀 다른 ‘원자 차원 슈퍼컴퓨팅 시뮬레이션’과 통계열역학을 이용해 후보물질의 구조를 설계하고, 고급 질량 분석·원평광 이색성 분석 등을 통해 효능과 안정성을 확인했다. 정제와 생산 공정까지 디자인해 7가지 후보물질을 실제 생산했다. 나머지 4가지도 조만간 생산 완료할 예정이다.

생산된 후보물질들은 실제로 스파이스 단백질과 반응시키는 실험을 통해 중화 능력이 우수하다는 것을 보였다. 후보물질 중 하나인 ‘PEP9 단백질’은 사람의 신장·간·뇌·폐 등의 세포 투여 실험 결과 독성이 발생하지 않아 안전하다는 것도 확인됐다.

연구팀은 생물안전도(BSL) 3등급 실험실에서의 전임상과 임상시험 착수를 준비하고 있다. 장익수 센터장은 "앞으로 진행될 효능 분석 연구의 결과에도 큰 기대를 갖고 있으며, 정부·과기계·민간의 적극적인 공동 연구개발 참여와 지원이 필요하다"고 말했다.

김윤수 기자(kysme@chosunbiz.com)

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