바스 대학교(University of Bath)의 과학자들은 연구자들이 더 깨끗하고 친환경적이며 비용 효율적인 방법으로 신약 치료법을 개발할 수 있도록 자연에서 영감을 받은 새로운 도구를 개발했습니다. 약물 치료는 종종 질병에서 중요한 역할을 하는 단백질에 결합하여 그 기능을 억제하는 방식으로 작동합니다. 이 시술을 통해 증상을 완화하거나 질병을 직접적으로 치료할 수 있습니다.
전통적인 소분자 약물은 단백질 간의 상호작용을 방해하는 데 어려움을 겪는 경우가 많으며, 제약 산업에서는 "펩타이드"라고 불리는 작은 단백질의 사용을 모색하고 있습니다. 이러한 펩타이드는 유사한 방식으로 작동하여 이러한 상호 작용을 차단하는 잠재적으로 더 효과적인 방법을 제공합니다.
그러나 펩타이드와 단백질은 3차원 구조가 풀릴 수 있고, 고온에 민감하고, 흥미롭지만 도전적인 약물 표적이 많이 존재하는 인간 세포에 들어가기 어렵기 때문에 좋은 약물을 만들지 못하는 경우가 많습니다.
이제 바스 대학의 과학자들은 이 문제를 해결하는 방법을 개발했습니다. 일반적으로 단백질과 펩타이드 사슬에는 시작점과 끝점이 있습니다. 이러한 느슨한 끝부분을 함께 연결하면 매우 단단한 "고리 모양" 단백질과 펩타이드 사슬을 생성할 수 있습니다. 이는 내열성과 화학적 안정성을 향상시키고 세포에 더 쉽게 들어갈 수 있게 해줍니다.
그들은 열대 지방에서 자라는 작은 보라색 꽃인 올덴란디아 아피니스(Oldenlandia affinis)에서 OaAEP1이라는 효소를 추출하고 이를 변형한 다음 이를 박테리아 세포에 옮겼습니다. 이러한 박테리아 배양은 성장하면서 많은 양의 단백질을 생산할 수 있으며 단 한 단계로 두 끝을 연결할 수 있습니다.
식물은 이 과정을 자연적으로 완료할 수 있지만 속도가 느리고 수확량이 적습니다. 대안적으로, 효소를 분리하고 시험관에서 여러 시약을 혼합하여 화학적으로 고리화를 수행할 수 있지만, 이를 위해서는 여러 단계가 필요하고 독성 화학 용매를 사용합니다. 전체 공정을 박테리아 시스템에 적용하면 수율이 증가하고 지속 가능한 친환경 시약을 사용하며 필요한 단계가 줄어듭니다. 따라서 이 방법이 더 간단하고 저렴합니다.
이 접근법을 입증하기 위해 과학자들은 DHFR이라는 단백질에 박테리아 OaAEP1 기술을 적용했으며 머리와 꼬리 끝을 함께 연결하면 정상적인 기능을 유지하면서 온도 변화에 대한 저항력이 더 커진다는 사실을 발견했습니다.
바스대학교 생명과학부 조디 메이슨(Jody Mason) 교수는 "단백질과 펩타이드는 종종 열에 매우 민감하지만 고리화로 인해 더 강해집니다. 알덴랜더 식물은 자연적으로 포식자를 억제하기 위한 방어 메커니즘의 일부로 고리 모양의 단백질을 만듭니다. 따라서 우리는 OaAEP1을 조작하고 이를 기존 박테리아 단백질 생산 기술과 결합하여 신약 발견 산업에 도움이 될 매우 강력한 도구를 만들어 이 꽃의 초능력을 활용했습니다."라고 말했습니다.
바스 대학교 생명과학과 부연구원인 Simon Tang 박사는 "단백질과 펩타이드는 매우 유망한 약물 후보이지만 새로운 치료법 개발에 있어 중요한 병목 현상은 천문학적 비용을 들이지 않고 환자가 사용할 수 있는 충분한 단백질과 펩타이드를 생산하는 방법입니다. 우리의 새로운 공정은 박테리아가 모든 작업을 수행할 수 있도록 하므로 더 적은 단계와 간단한 작업으로 더 깨끗하고 환경 친화적입니다. 우리는 이 기술이 제약 산업뿐만 아니라 다른 산업에서도 잠재적으로 응용될 수 있다는 점에 매우 기대하고 있습니다. 식품 산업, 세제 산업, 생명공학, 바이오에너지 생산 등이 포함됩니다."