KAIST 학부생, 항암치료 앞당길 '천연물 합성' 성공

(왼쪽부터) 윤태식 KAIST 화학과 학사과정생, 김태완 석박사통합과정 학생, 한순규 교수. KAIST 제공.

KAIST 학부생이 세계 최초로 세큐린진 G의 천연물 전합성에 성공했다. 세큐린진G는 약용식물 '광대싸리'에서 추출한 물질이고 천연물 전합성은 자연에 존재하는 천연물을 실험실에서 합성하는 연구 분야다. 

KAIST는 화학과에 재학 중인 윤태식 학부생이 제1저자로, 석박사통합과정생인 김태원 대학원생이 공동저자로 참여한 세큐리진 G 전합성 논문이 국제학술지 ‘케미칼 커뮤니케이션즈’에 지난달 23일 게재됐다고 7일 밝혔다. 

천연물 전합성 연구는 학부생 주도로 진행하기 쉽지 않은 연구라는 점에서 이번 연구가 특히 주목된다. 간단한 화합물에서는 잘 진행되는 반응이 전구체가 복잡한 구조의 천연물에 도달하는 과정에는 잘 진행되지 않는 경우가 많아 천연물 합성 연구는 고도의 창의력과 화학적 문제해결 능력이 필요하다.  

연구팀이 세계 최초로 전합성에 성공한 천연물 세큐린진 G는 항암제, 퇴행성 신경질환, 마약중독 치료제로 개발될 가능성이 높은 세큐리네가 천연물군에 속한다. 세큐리네가 천연물군 중 유일하게 피리딘 헤테로고리를 포함한 물질이기도 하다. 피리딘 헤테로고리는 신약 개발에 있어 매우 중요하다. 2023년 기준 세계적으로 가장 많이 팔린 저분자 약 200종 조사 결과에서 20%인 40개가 피리딘 헤테로고리를 포함하고 있어 의약적 중요성을 증명했다.

세큐린진 G 합성의 핵심은 메니스다우릴라이드와 피리딘 헤테로고리 사이의 탄소-탄소 결합을 어떻게 입체 선택적으로 연결하는가다. 메니스다우릴라이드는 광대싸리나무에서 세큐리네가 천연물을 생합성할 때 쓰이는 핵심 전구체다. 

연구팀은 메니스다우릴라이드와 피리딘 헤테로고리가 염기성이 높아 원하는 결합이 이뤄지지 않는다는 점에 착안해 새로운 희토류 기반 교환 시약을 개발했다. 이 시약을 통해 염기성 조건에서 문제가 된 부반응을 억제하고 탄소-탄소 결합을 성공적으로 형성했다.

연구 호흡이 길고 난이도가 높은 천연물 전합성 연구를 학부생이 주도할 수 있었던 것은 KAIST가 운영 중인 학부생연구프로그램(URP) 때문이다. URP 프로그램은 연구계획서 작성부터 성과 발표, 평가까지 전 과정을 통해 학부생이 연구수행 역량을 개발할 수 있도록 하는 프로그램이다. 학교는 소정의 연구비 지원과 학점 연계를 통해 학부생을 지원한다. 

이번 연구를 지도한 한순규 화학과 교수는 “연구 중심 대학을 지향하는 KAIST에서 URP 프로그램은 학부생이 지도교수와 조교의 지도 하에 실질적인 연구를 체계적으로 수행해 볼 수 있는 중요한 기회를 제공한다”며 “이를 통해 첨단 연구와 학부 교육이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있었다”고 말했다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]