슈퍼컴으로 코로나19 잡는 인공 단백질 설계했다

DGIST팀 세포·동물실험 추진

장익수 DGIST 슈퍼컴퓨팅빅데이터센터장팀이 코로나19를 치료할 수 있는 단백질을 슈퍼컴퓨터를 이용해 설계했다. 그 중 하나인 PEP9가 하나로 존재하는 단량체 혹은 두 개가 결합한 이량체가 코로나19 바이러스의 돌기 부분에 존재하는 RBD(빨간색)에 결합해 인간 세포 표면에 있는 ACE2에 결합하지 못하도록 중화 작용하는 모습을 묘사했다. DGIST 제공

국내 연구팀이 슈퍼컴퓨터를 이용해 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19, 코로나19) 바이러스를 치료할 수 있는 인공 단백질을 설계했다. 바이러스의 독성을 떨어뜨리는 중화 기능을 확인해 치료제 후보물질로 개발할 수 있을지 기대된다.

장익수 대구경북과학기술원(DGIST) 슈퍼컴퓨팅·빅데이터센터장 겸 핵심단백질자원센터장은 단백질 원자 구조를 모델링할 수 있는 시뮬레이션 기술을 이용해 코로나19 바이러스를 무력화할 수 있는 인공 단백질 11종의 구조를 발굴하고 이를 치료제 후보물질로 개발하기 위한 기초적인 효능 시험을 마쳤다고 29일 밝혔다. 

장 센터장팀은 코로나19를 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 표면에 있는 돌기 단백질인 ‘스파이크 단백질’에 주목했다. 사스코로나바이러스-2는 스파이크 단백질 가운데 ‘수용체결합부위(RBD)’라는 부위를 이용해 인체세포의 표면에 있는 ‘안지오텐신전환효소2(ACE2)’와 결합하면서 인체 세포 침투를 시작한다. 세계의 많은 연구팀은 RBD와 ACE2의 결합을 막는 물질을 개발하면 코로나19를 예방하는 백신을 만들거나 치료하는 치료제가 가능할 것이라고 보고 연구 중이다. 주로 기존 약물을 코로나19 용으로 바꿀 수 있는지 실험하거나 항체를 분리 정제하는 방법을 사용하고 있다.

장 센터장과 DGIST 슈퍼컴퓨팅빅데이터센터 연구원팀은 자체 보유한 슈퍼컴퓨터 1~4호기를 이용해 기존에 존재하지 않던 물질을 새롭게 만들어 코로나19 치료제로 활용하는 방법을 연구했다. 먼저 원자 단위로 단백질의 구조를 설계하고 이 단백질이 ACE2와 결합하는 과정을 생물물리학 및 통계열역학 정보를 이용해 재현했다. 또 이 단백질들의 구조 안정성과 열역학적 안정성 등을 역시 컴퓨터를 이용해 확인했다. 

연구팀은 이 방법으로 RBD와 ACE2의 결합을 막을 수 있는 치료제 후보 물질 구조 11종을 발굴하는 데 성공했다. DGIST 핵심단백질자원센터 연구팀은 이렇게 설계한 단백질을 만들고 정제해 생산하는 공정을 개발했다. 현재 11개 중 7개는 고순도 생산 방법까지 확보했고, 나머지 네 가지도 생산을 완료할 예정이다. 또 실험을 통해 이들 인공 단백질이 ACE2보다 RBD 단백질에 더 강하게 달라붙어 RBD와 ACE2의 결합을 방해해 감염을 막는 기능을 한다는 사실을 확인했다. 연구팀은 인공단백질 중 일부를 6개 인간 세포주에 넣어 독성을 일으키는지 확인한 결과 독성이 없다는 사실을 확인했다.

장 센터장은 “효능 검증을 위해 생물안전 3등급(BL-3) 실험실에서 전임상실험을 곧 시작할 예정”이라고 말했다.
 

[윤신영 기자 ashilla@donga.com]