세계 최초 원자 편집으로 신약 발견의 새로운 패러다임?

선구적인 약물 개발에서 약물 효능을 담당하는 핵심 원자의 쉽고 빠른 편집을 가능하게 하는 새로운 기술은 근본적이고 "꿈"의 기술로 여겨져 잠재적인 약물 후보를 발견하는 과정에 혁명을 일으켰습니다. KAIST 연구원들은 약물 효능을 극대화하는 단일 원자 편집 기술을 세계 최초로 성공적으로 개발했습니다.

KAIST(총장 이광형)는 화학과 박윤수 교수 연구팀이 퓨란 화합물에 포함된 산소 원자를 질소 원자로 쉽게 편집 및 교정해 의약품에 널리 사용되는 피롤 골격으로 직접 전환할 수 있는 기술을 개발에 성공했다고 10월 8일 밝혔습니다.

본 연구는 10월 3일 과학 저널 Science 에 "Photocatalytic Furan-to-Pyrrol Conversion"이라는 제목으로 게재되었습니다.

많은 약물은 복잡한 화학 구조를 가지고 있지만, 그 효능은 종종 단일 중요 원자에 의해 결정됩니다. 산소와 질소와 같은 원자는 특히 바이러스에 대한 이러한 약물의 약리학적 효과를 강화하는 데 중심적인 역할을 합니다.

특정 원자를 약물 분자에 도입하면 그 효능에 극적인 영향을 미치는 이 현상을 "단일 원자 효과"라고 ​​합니다. 최첨단 약물 개발에서 약물 효능을 극대화하는 원자를 발견하는 것이 핵심입니다.

그러나 단일 원자 효과를 평가하려면 전통적으로 여러 단계의 비용이 많이 드는 합성 과정이 필요했습니다. 산소나 질소를 포함하는 안정적인 고리 구조 내에서 단일 원자를 선택적으로 편집하는 것이 어려웠기 때문입니다.

박 교수 팀은 광에너지를 사용하는 광촉매를 도입하여 이 과제를 극복했습니다. 그들은 "분자 가위" 역할을 하는 광촉매를 개발하여 5원자 고리를 자유롭게 자르고 부착하여 실온과 대기압에서 단일 원자 편집을 가능하게 했습니다. 이는 세계 최초입니다.

연구팀은 들뜬 분자 가위가 단일 전자 산화를 통해 퓨란에서 산소를 제거한 다음 순차적으로 질소 원자를 첨가하는 새로운 반응 메커니즘을 발견했습니다.

KAIST 화학과 통합 석·박사과정의 연구의 제1저자이자 후보자인 김동현과 유재현은 이 기술이 가혹한 조건을 대체하기 위해 광에너지를 활용함으로써 높은 다재다능성을 제공한다고 설명했습니다. 그들은 또한 이 기술이 복잡한 천연물이나 의약품에 적용하더라도 선택적 편집을 가능하게 한다고 언급했습니다. 연구를 이끈 박윤수 교수는 "5원자 유기 고리 구조의 선택적 편집을 가능하게 하는 이 획기적인 기술은 의약품의 핵심 과제인 약물 후보 라이브러리를 구축하는 데 새로운 문을 열 것입니다. 이 기초 기술이 약물 개발 프로세스에 혁명을 일으키는 데 사용되기를 바랍니다."라고 말했습니다.

이 연구의 중요성은 프로젝트 그룹 외부의 저명한 과학자가 영향력 있는 연구에 대한 논평을 제공하는 Science의 Perspective 섹션에서 강조되었습니다.

본 연구는 한국연구재단 창의연구사업, KAIST 세대간협력랩사업, 포스코청암재단 포스코사이언스펠로십의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241011141546.htm