신약개발 효율 끌어올릴 초고해상도 나노포어 센서 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국생명공학연구원은 AI바이오의약연구소 지승욱 박사와 정기백·황성보·김진식 박사 공동연구팀이 단백질과 약물의 결합 상태를 한 개의 분자씩 직접 들여다보며 분석할 수 있는 초정밀 나노포어 센서 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

나노포어는 수 나노미터 크기의 초미세 구멍으로, 단백질이 통과하거나 머무를 때 전기 신호가 미세하게 변하는 특징이 있다. 연구팀은 이 신호를 정밀 분석해 단백질과 약물의 결합 상태를 판별할 수 있다는 점에 주목했다.

연구팀은 암 등 다양한 질병의 발생에 관여하며 유전자 발현을 조절하는 중요한 단백질이자 항암제 개발의 핵심 표적인 BRD4를 대상으로 실험을 진행했다. 나노포어 기술로 BRD4에 결합하는 다양한 약물을 분석한 결과, 약물 종류에 따라 전기 신호 패턴이 서로 다르게 나타나는 것을 확인했다.

이 방식으로 질량 차이가 단 2.5달톤(Da)에 불과한 매우 유사한 약물들까지도 완벽하게 구별해냈다. 기존 나노포어 기반 단백질 분석 기술이 약 88~116Da 수준의 차이를 구별하는 데 머물렀던 것과 비교하면 이번 연구는 수십 배 더 높은 정밀도를 구현한 초고해상도 분석 성과다.

또 기존 기술로는 단백질 구조가 크게 변해야만 식별이 가능했으나 이번 기술은 구조적 차이가 매우 미세한 약물 결합까지도 찾아낼 수 있었다.

연구팀은 높은 정밀도를 구현하기 위해 표적 단백질이 나노포어 센서 내부에서 보이는 위치 변화, 움직임, 전류 신호 패턴 등 다양한 특성을 동시에 분석하는 다중 파라미터 분석 기법을 개발했다.

이를 통해 단백질-약물 결합을 약물별로 구별할 수 있는 고유한 전기적 지문을 확보했다. 별도의 형광 표지 없이도 매우 적은 양의 시료로 단일 분자 수준에서 빠르게 분석할 수 있는 기반을 제시했다.

이 기술이 활용되면 수만 개의 신약 후보물질 중 최적의 물질을 보다 빠르고 정확하게 선별할 수 있어 신약개발의 기간을 단축하고 효율을 획기적으로 높일 것으로 기대된다.

무표지·단일분자 기반으로 표적 단백질-약물 결합 특성을 정밀 검증하는데 유용해 새로운 약물 스크리닝 접근법으로 발전 가능한 고효율 신약발굴 플랫폼으로서 의미가 있다고 연구팀은 설명했다.

연구책임자인 지승욱 박사는 "이번 연구는 원자 수준에서 단백질-약물 결합을 분석할 수 있는 나노포어 센서 기술 개발 성과로서 세계 최고 수준의 고해상도를 달성한 의미가 있다"며 "고효율 신약 발굴을 가속화하는 것은 물론, 정밀의료 및 질병 진단 분야로도 확장 가능한 플랫폼 기술이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ACS나노(Nano) 온라인판에 게재됐다. 생명연 주요사업, 과학기술정보통신부 개인기초연구사업의 지원으로 수행됐다.

jongseo12@news1.kr