한국과학기술연구원(KIST) 연구팀이 천연물에서 유래한 펩타이드를 기반으로 항바이러스 기능과 조직 재생 기능을 동시에 갖춘 치료 물질을 개발했다고 밝혔다.
펩타이드 기반 치료제 관심
코로나19 팬데믹 이후 전 세계적으로 항바이러스 치료제에 관한 관심이 높아지고 있다. 특히 팬데믹이 끝난 이후에도 지속적인 변이 바이러스가 등장하고 있기 때문에, 예방 백신 및 바이러스 치료제에 대한 관심은 꾸준히 이어지고 있다.
항바이러스 치료제는 다양한 작용 메커니즘을 기반으로 개발된다. 바이러스의 유전자 복제를 억제하는 방식도 있고, 바이러스의 세포 침입을 차단하는 방식, 면역 반응을 증강시켜 바이러스를 제거하도록 하는 방식도 있다.
그중에서 최근 특히 주목받는 방식으로는 ‘펩타이드 기반 바이러스 치료제’를 들 수 있다. 펩타이드는 자연적인 아미노산으로 구성돼 있기 때문에 합성 및 변형이 용이하고 인체 내 안전성이 높다. 또한, 특정 표적 단백질이나 수용체에 선택적으로 결합할 수 있는 특성을 가지고 있어, 부작용을 줄이고 치료 효과를 높일 수 있다는 장점이 있다.
특히, 천연 단백질이 체내에서 분해되며 생성되는 ‘펩타이드 대사체’는 다기능성 신약 개발에 적합한 유망 후보물질로 주목받고 있다. 펩타이드 기반 방식이 항바이러스 분야에서 차지하는 비중은 아직 압도적이라 할 수 없다. 다만, 최근 널리 알려지고 있는 위고비(Wegovy)가 펩타이드 방식의 신약이라는 점이 알려지는 등 펩타이드 치료제에 대한 인식 확장에 한몫을 하고 있다.
체내 자연 분포하는 펩타이드
KIST 생체재료연구센터 한형섭 박사, 천연물시스템생물연구센터 송대근 박사, 도핑컨트롤센터 권오승 박사 연구팀은 인체에 존재하는 특정 단백질(티모신 β4)이 분해되면서 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)를 생성하는데, 이것이 바이러스 치료제로서의 기능과 조직 재생 기능을 동시에 갖춘 유망한 물질이라는 점을 밝혀냈다.
티모신 β4는 대부분의 세포 내에 널리 분포하는 펩타이드다. 특정 조직에 국한되지 않으며, 상피세포, 면역세포, 내피세포 등 다양한 유형의 세포에서 발견된다. 세포 내에서는 ‘액틴’과 결합해 세포의 골격 재구성을 조절하고, 세포 밖으로 분비될 경우 주변 조직의 재생 및 염증 조절에도 관여하는 것으로 알려져 있다.
연구팀이 발굴한 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)는 티모신 β4가 단백질 분해효소에 의해 분해될 때 생성된다. 그 효능을 테스트한 결과, 코로나19 바이러스의 주요 단백질 분해 효소(Mpro) 활성을 85% 이상 억제하는 강력한 항바이러스 효과를 보였다.
또한, 이 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)는 조직 재생에도 효능을 발휘했다. 사람 혈관 세포를 활용한 실험을 진행한 결과, 세포 성장과 상처 치유, 혈관 생성, 유해 산소 제거 등 회복 과정에 중요한 기능을 활성화하는 효과도 가지고 있음이 함께 확인됐다.
항바이러스 + 조직 재생 복합기능
연구진은 티모신 β4의 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)가 생물학적으로 우수한 기능을 가지고 있음에 착안해, 실제 치료에 활용할 수 있는 지지체를 직접 제작했다.
지지체는 세포가 자라거나 손상된 조직이 회복되는 데 발판이 되는 구조물로, 재생의학 분야에서 중요한 역할을 한다. 이 펩타이드 지지체는 세포가 잘 부착되고 성장하며 혈관이 잘 형성되는 등 조직 회복을 유도하는 데 매우 효과적인 것으로 나타났다.
이번 연구는 하나의 펩타이드가 ‘항바이러스 치료’와 ‘조직 재생’이라는 두 가지 기능을 동시에 수행할 수 있다는 데 그 의의가 있다. 이는 기존 바이러스 치료제가 가지고 있던 여러 한계들 중 상당수를 극복할 수 있을 것으로 기대되며, 이를 바탕으로 펩타이드 기반 치료제에 대한 주목도를 한층 더 끌어올릴 수 있을 것으로 보인다.
또한, 단백질이 체내에서 분해되어 생성되는 대사체의 가능성에 주목했다는 점에서 신약과 의료용 바이오소재 개발에 중요한 기술적 기반이 될 수 있다. 연구팀은 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)를 활용한 맞춤형 치료제 및 조직 재생용 생체재료 실용화를 위한 연구를 이어간다는 계획이다.
다양한 생체 응용 가능성 지녀
KIST 한형섭 박사는 “이번 연구는 단백질 대사체가 신약뿐만 아니라 조직 재생을 위한 바이오소재로도 활용될 수 있음을 보여준 사례로, 향후 다양한 생체 응용 분야로의 확장 가능성을 확인한 데 의의가 있다”라고 말했다.
송대근 박사는 “천연 유래 생체활성 소재를 활용한 연구를 지속해 항바이러스 치료제, 기능성 생체재료 등 다양한 분야에서 실용화할 계획”이라고 밝혔으며, 권오승 박사는 “단백질의 대사체가 공동 연구를 통해 신약 후보 물질로 발굴되어 앞으로 이 분야에 많은 활용 가능성이 기대된다”라고 말했다.
본 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 국제화기반조성사업 등으로 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 「바이오액티브 머티리얼(Bioactive Materials, IF=18.0)」에 게재됐다.
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