"페니실린과 같은 항생제, 이젠 간편하고 저렴하게 만든다"

이준기 2023. 8. 25. 00:01
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자연에 풍부한 탄화수소(탄소와 수소만으로 이뤄진 유기화합물)를 원료로 페니실린 등과 같은 항생제를 저렴하고 값싸게 만들 수 있는 새로운 촉매가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 장석복 분자활성 촉매반응 연구단장(KAIST 화학과 특훈교수) 연구팀은 저렴한 니켈 기반 촉매를 이용해 탄화수소로부터 항생제 원료물질인 '카이랄 베타-락탐'을 합성하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

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IBS, 니켈 촉매 이용해 항생제 원료물질 합성
원료물질보다 700배 가치 높아...신약후보물질 발굴
IBS 분자활성 촉매반응 연구단은 값이 저렴한 니켈 촉매를 이용해 자연에 풍부한 탄화수소로부터 항생제 원료물질인 '카이랄 베타-락탐'을 합성하는 기술을 개발했다. IBS 제공
서상원 전 IBS 차세대 연구리더(왼쪽부터, 공동교신저자), 장석복 연구단장(교신저자), 시앙류 선임연구원(제1저자)

자연에 풍부한 탄화수소(탄소와 수소만으로 이뤄진 유기화합물)를 원료로 페니실린 등과 같은 항생제를 저렴하고 값싸게 만들 수 있는 새로운 촉매가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 장석복 분자활성 촉매반응 연구단장(KAIST 화학과 특훈교수) 연구팀은 저렴한 니켈 기반 촉매를 이용해 탄화수소로부터 항생제 원료물질인 '카이랄 베타-락탐'을 합성하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

영국의 생물학자인 알렉산더 플레밍은 1928년 푸른곰팡이에서 인류 최초의 항생제인 페니실린을 발견했다. 이후 1945년 영국 화학자 도로시 호지킨은 베타-락탐으로 불리는 고리 화합물이 페니실린을 구성하는 주요 구조라는 사실을 밝혀냈다. 베타-락탐은 탄소 원자 3개와 질소 원자 1개로 이뤄진 고리 구조로, 페니실린 외에 카바페넴, 세팔렉신과 같은 주요 항생제의 골격이기도 하다.

하지만, 현재 시판되는 베타-락탐 의약품은 유용성을 가진 유형만 선택적으로 제조하기 위해 합성 과정에서 카이랄 보조제를 추가해야 한다. 이로 인해 합성 단계가 복잡하고, 제조 단가가 높아질 뿐 아니라, 보조제 제거를 위해 추가로 화학물질을 투입해야 하는 문제가 있다.

베타-락탐은 감마-락탐보다 쓰임새가 더 많지만, 합성에 많은 에너지가 필요해 제조가 까다롭다.

연구팀은 경제적으로 저렴하고 풍부하게 존재하는 니켈 촉매를 이용해 베타-락탐을 선택적으로 합성했다. 항생제 합성에 필요한 베타-락탐 원료를 기존 8단계에 걸쳐 합성하던 것을 보조제 장착과 제거 과정 없이 3단계로 대폭 줄였다. 특히 합성 물질은 원료물질에 비해 가치가 700배 가량 높아 고부가가치를 창출할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

장석복 IBS 단장은 "페니실린, 카바페넴과 같은 주요 항생제의 골격인 카이랄 베타-락탐을 손쉽게 합성해 낸 연구결과"라며 "유용한 물질의 합성과정을 간소화해 신약 개발을 위한 다양한 후보물질 발굴에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 화학 분야 국제 학술지 '네이처 카탈리시스(25일자)' 온라인에 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr

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