한국제약바이오협회

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 25-17 

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

◇ 뱀독 중독(Snakebite envenoming)은 WHO가 지정한 최우선 해결 대상의 열대성 질병으로, 기존 치료제는 동물(말이나 양) 면역을 통해 생산되기 때문에 비용이 많이 들고, 냉장 보관이 필요해서 뱀독 중독이 많이 발생하는 저개발 국가에 보급이 어려웠던 상황. 2024년 노벨화학상을 수상한 데이비드 베이커(David Baker) 연구팀을 중심으로 AI 기반 de novo 단백질 설계를 통해 더 안정적이고 저렴하며 효과적인 항독소 단백질 개발에 관한 연구 결과가 발표

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

◆︎ 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

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