英 요크대 연구팀, 로봇자동화 기술 활용해 항생제 후보 물질 발견

▲요크대 연구팀이 활용한 로봇자동화 시스템. (사진=요크대)

영국 요크대 연구팀이 최첨단 로봇자동화 시스템을 활용해 일주일 만에 700개 이상의 금속 화합물을 합성하고, 유망한 항생제 후보 물질을 발견하는 데 성공했다고 밝혔다.

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연구팀에 따르면 박테리아가 기존 치료제에 내성을 점점 더 키워감에 따라, 전 세계는 ‘소리 없는 팬데믹(Silent Pandemic)’에 직면해 있다. 매년 백만 명 이상의 사람들이 약물 내성 감염으로 목숨을 잃고 있다. 새로운 항생제가 개발되지 않는다면, 고관절 교체술이나 항암 화학 요법, 장기 이식과 같은 일상적인 의료 절차조차 치료 불가능한 감염 위험으로 생명이 위협받는 상황에 처하게 된다. 하지만 전통적으로 신약 개발은 매우 느려 수개월에서 수년이 걸린다.

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이 같은 난제를 해결하기 위해 앤젤로 프라이(Angelo Frei) 박사 등 요크대 연구팀은 그동안 의학계에서 자주 간과되어 왔던 ‘금속 화합물’에 주목했다. 대부분 현대 항생제가 탄소 기반의 ‘평면형’ 분자 구조를 띠고 있는 반면, 금속 화합물은 3차원적인 입체 구조를 가지고 있다. 이러한 독특한 기하학적 구조 덕분에 금속 화합물은 기존 약물들을 무력화해 온 내성 메커니즘을 잠재적으로 극복할 수 있게 해준다.

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연구팀은 로봇 자동화 플랫폼과 ‘클릭 화학(Click Chemistry, 두 분자 성분을 효율적으로 조립하는 방법)’ 기법을 활용해 활용해 신약 개발 과정을 획기적으로 단축시켰다. 로봇 자동화 시스템을 이용해 약 200개의 서로 다른 리간드(Ligand, 금속 중심을 둘러싸는 분자)와 5가지 금속을 조합했다. 그 결과 일주일만에 700개가 넘는 금속 화합물을 새로 합성하는 데 성공했다. 이어 로봇 시스템을 통해 화합물의 항균 활성(antibacterial activity)과 인체 세포에 대한 독성을 신속하게 검사한 결과, 6개의 유망한 신약 후보 물질을 찾아냈다. 특히 이리듐 금속을 기반으로 한 화합물은 다양한 박테리아에 높은 효과를 보이면서도, 인체 세포에는 낮은 독성을 보인 것으로 나타났다.

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프라이 박사는 “새로운 항생제 개발 방식은 수십 년간 고갈돼 왔다”며 “전통적인 선별 방법은 느리고, 제약업계는 낮은 투자 수익률 때문에 이 분야에서 대부분 철수했다”며 “우리는 스마트한 ‘클릭 화학'과 로봇 자동화를 결합해 매우 빠른 속도로 광대한 미개척 화학 공간을 탐색할 수 있었다"고 말했다.

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연구팀은 현재 이리듐 금속 화합물이 박테리아를 공격하는 정확한 메커니즘을 연구하고 있으며, 로봇 플랫폼을 확장해 다른 금속들도 테스트하고 있다. 이 로봇 기반 신속 합성 방법은 산업 공정을 위한 새로운 촉매 발견 등 다른 분야에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

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연구팀은 이번 연구 성과를 전문 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 발표했다.(논문 제목:High-throughput triazole-based combinatorial click chemistry for the synthesis and identification of functional metal complexes)

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백승일 기자 robot3@irobotnews.com

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