"학부생이 신약 실험설계 틀 깼다"…한 번의 실험으로 `약물저해 효과` 예측

KAIST, 저해상수 추정 분석법 '50-BOA' 개발
하나의 저해제 농도 조건서 75% 실험효율 향상

KAIST는 하나의 저해제 농도만을 사용해 효소 저해상수를 정확하게 추정할 수 있는 새로운 분석법을 개발했다. 사진은 새 분석법인 50-BOA의 개념도. KAIST 제공

김상겸(왼쪽부터) 충남대 교수, 송윤민 박사, 장형준 학부생, 김재경 KAIST 교수. KAIST 제공

KAIST 학부생이 제1저자로 참여한 국내 연구진이 신약 개발 과정에서 한 번의 실험으로 약효와 부작용을 정확히 예측할 수 있는 새로운 약물 실험법을 개발했다.

KAIST는 김재경 수리과학과 교수 연구팀(IBS 의생명 수학 그룹 CI)이 김상겸 충남대 교수 연구팀과 함께 저해제 농도를 반복적으로 바꿔가며 추정해야 했던 효소 저해상수를 하나의 저해제 농도만으로 예측할 수 있는 분석법 '50-BOA'를 개발했다고 15일 밝혔다.

효소 저해상수는 신약 개발 시 약물효과뿐 아니라 병용 투여 시 발생할 수 있는 약물상호작용을 예측·방지하는 핵심 지표로 활용된다.

기존 신약 개발 과정에서 효소 저해상수는 저해제 농도 조건을 달리하는 반복 실험으로 추정해 왔고, 이 방식은 생화학과 약학의 대표적인 교과서에 수록돼 있다. 실제로 미국 식품의약국(FDA)은 신약 개발 과정에서 약물상호작용의 가능성을 예측하기 위해 저해상수를 포함한 효소의 저해 특성을 사전에 평가할 것을 권고하고 있다.

하지만 동일한 기질과저해제 조합의 경우 실험마다 추정값이 10배 이상 차이가 나는 사례가 보고돼 신약 개발 과정에서 약물의 효과와 부작용을 정확히 예측하는 데 어려움이 있었다.

연구팀은 수학적 모델링과 오차 지형 분석을 통해 단 하나의 농도만으로 저해상수를 정확히 추정할 수 있는 새로운 분석법을 개발했다. 실제 약물실험 데이터에 분석법을 적용한 결과, 기존보다 75% 이상 적은 데이터만으로 저해상수를 정확하게 추정할 수 있었다.

연구팀은 이를 통해 기존 방식에서 활용되는 데이터의 절반 이상이 실제 추정에 불필요하거나, 오히려 추정값에 왜곡을 초래한다는 사실을 밝혀냈다. 저해제 농도를 다양하게 사용하는 기존 방식에 비해 하나의 저해제 농도에서 추정한 결과가 더 정확하고 효율적이라는 것을 규명해 낸 것이다.

연구팀은 누구나 쉽게 활용할 수 있도록 오픈소스 플랫폼 '깃허브'에 공개했다.

김상겸 충남대 교수는 "이번 연구는 수십 년 간 정형화된 약물 실험 설계를 근본적으로 재검토하게 만들었다"며 "단순한 실험 효율 향상을 넘어 약효와 부작용 예측의 정확도를 높일 수 있는 새로운 표준이 될 것"이라고 평가했다.

김재경 KAIST 교수는 "수학이 실험 설계를 바꾸고, 생명과학 분야의 연구 효율성과 재현성을 근본적으로 높일 수 있음을 보여준 사례"라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(지난 5일자)'에 실렸고, 장형준 KAIST 융합인재학부 학부생과 송윤민 수리과학과 박사가 공동 제1저자로 참여했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr