바이오인

AI 기반 De novo 단백질 설계를 통한 항독소 치료제 개발에 관한 연구

◆︎ 뱀독 중독(Snakebite envenoming)은 세계보건기구(WHO)가 지정한 최우선 해결 대상의 열대성 질병

○ 매년 전 세계에서 10만 명 이상 사망하고 30만 명 이상에게 심각한 합병증과 후유증을 초래

- 기존 치료제인 동물 유래 항독소(antivenom)는 동물(말이나 양) 면역을 통해 생산되기 때문에 비용이 많이 들고, 특정 독소*에 비효과적

* 특히, 엘라피드(Elapidae) 종류의 뱀(코브라, 맘바 등)에서 발견되는 3FTx(Three-Finger Toxins) 계열(α-신경독소 및 사이토톡신)에 충분한 중화 효과를 보이지 않음

- 또한 항독소 투여 후 아나필락시스(과민반응), 발열 반응 등 부작용이 빈번하며, 냉장 보관이 필요해서 뱀독 중독이 많이 발생하는 저개발 국가에 보급이 어려움

○ 이에 더 안정적이고 저렴하며 효과적인 해독제 개발이 필요한 상황에서 AI 기반 de novo 단백질 설계를 통해 개발한 항독소에 관한 연구결과가 발표

- 연구팀*은 딥러닝 기반 단백질 설계를 통해 단백질-독소 결합력을 높인 후 세포 실험과 동물 실험을 통해 중화 효과를 확인

* 2024년 노벨화학상을 수상한 데이비드 베이커(David Baker) 연구팀을 중심으로 덴마크 공과대학, 리버풀 열대의학연구소가 협력 연구 수행

※ 2024년 노벨 화학상을 수상한 데이비드 베이커(David Baker) 연구팀을 중심으로 덴마크 공과대학, 리버풀 열대의학연구소가 협력 연구 수행

◆︎ 연구팀은 딥러닝 기반 단백질 디자인 알고리즘(RFdiffusion)을 이용하여 항독소 단백질을 설계

○ 목표 독소(α-신경독소 및 사이토톡신)*의 구조적 특징(β-strand, loop 구조 등)을 분석하여 결합이 최적화된 단백질을 생성

* 주로 뱀독에서 발견되는 3FTx 계열의 독성 단백질로, 각각 신경계와 세포에 치명적인 영향을 미치는데 물린 부위의 조직 손상, 신경 마비, 심각한 경우 사망에 이를 수 있음

- ProteinMPNN과 AlphaFold2를 이용하여 설계된 단백질의 구조적 안정성을 평가

※ 부분 확산(partial diffusion) 알고리즘을 활용하여 독소-결합 단백질의 결합력 및 안정성 강화한 후 높은 결합력을 보이는 단백질을 선별하여 실험 진행

< 3FTx 계열 신경독소(코브라톡신)와 결합하는 항독소 단백질 구조 설계 과정 >

출처: Nature, De novo designed proteins neutralize lethal snake venom toxins, 2025.1.15.