KAIST, 약효 극대화 '단일 원자 편집' 기술 개발 성공

KAIST 화학과 박윤수 교수 연구팀. KAIST 제공

국내 연구진이 약효를 극대화하는 단일 원자 편집 기술 개발에 성공했다.

한국과학기술원(KAIST)은 화학과 박윤수 교수 연구팀이 오각 고리 화합물인 퓨란의 산소 원자를 손쉽게 질소 원자를 편집·교정해, 제약 분야에서 널리 활용되는 피롤 골격으로 직접 전환하는 원천 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

대부분 의약품은 복잡한 화학 구조를 갖고 있지만, 효능은 단 하나의 핵심 원자에 의해 결정되기도 한다.

대표적으로 산소, 질소와 같은 원자는 바이러스에 대한 약리 효과를 극대화하는 데 핵심 역할을 한다.

이처럼 약물 분자 골격에 특정 원자를 도입했을 때 나타나는 효능을 '단일 원자 효과(Single Atom Effect)'라 부른다.

선도적 신약 개발에서는 수많은 원자 종류 중 약효를 극대화하는 원자를 발굴하는 기술은 의약품 후보 발굴 과정을 혁신하는 꿈의 기술로 여겨진다.

하지만, 산소나 질소 등을 포함한 고리 골격은 고유의 안정성(방향족성)으로 인해 단일 원자만 선택적으로 편집해 단일 원자 효과를 평가하기 어렵다.

연구팀은 빛에너지를 활용하는 광촉매를 도입해 오각 고리를 자유자재로 자르고 붙임으로써 상온·상압 조건에서 동작하는 단일 원자 교정 반응을 끌어내는 데 성공했다.

들뜬 상태의 분자 가위가 단전자 산화 반응을 통해 퓨란의 산소를 제거하고, 질소 원자를 연이어 추가하는 새로운 반응 메커니즘을 발견했다.

박윤수 교수는 "제약 분야의 중요한 숙제였던 오각 고리형 유기 물질의 골격을 선택적으로 편집할 수 있는 기술을 개발했다"며 "이 기술이 신약 개발 과정을 혁신하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제 학술지 사이언스(Science)에 지난 3일 게재됐다. 저명한 과학자가 파급력 있는 연구를 선별해 해설을 제공하는 코너인 퍼스텍티브(Perspective) 섹션에도 소개됐다.

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