대구 DGIST, 항염증 치료용 사이토카인 신약후보 디자인, 생산, 발굴 성공 및 전임상 시험 돌입

관련 사진. IL1R 수용체와 IL1Ra 길항체의 결합 모식도

대구 DGIST(총장 국양) 단백질 pCoE 연구단(연구책임자 장익수), 핵심단백질자원센터(센터장 최성균) 및 <주>아이프로테인테라퓨틱스(대표 이주환)는 디지털혁신 바이오 공동연구를 통하여 인체의 면역과 염증을 조절하는 핵심 단백질 중 하나인 인터류킨1 수용체 길항제 (IL-1Ra: Interleukine1 Receptor Antagonist)의 바이오베터-신약후보 단백질의 구조를 고성능 GPU가 장착된 슈퍼컴퓨터를 이용하여 디자인하였고, 디자인된 단백질을 직접 생산하고 생물성과 세포활성 검증을 통하여 현재 세계적으로 시판 중인 급성/만성 염증 조절제 및 최근 FDA에서 COVID-19 치료제로 긴급 승인된 Anakinra 보다 우수한 기능을 보이는 바이오베터-신약후보 단백질의 발굴에 성공하였으며 현재 실험동물을 이용한 전임상 시험을 개시하였다고 밝혔다.

□ DGIST 단백질 pCoE 연구단과 ㈜아이프로테인테라퓨틱스는 국내 최고 수준으로 DGIST에 구축되어 여러 분야에서 중요하게 활용중인 빅데이터-AI 계산용 고성능 V100-GPU로 구성된 슈퍼컴퓨터 클러스터를 이용하여 Anakinra 보다 면역억제 기능이 강화된 바이오베터-신약후보 단백질들의 3차원 구조를 분자동역학 시뮬레이션을 수행하여 디자인하였다. 고성능 GPU를 장착한 슈퍼컴퓨터를 활용하여 디자인된 8가지 후보 단백질들과 IL-1R 수용체 사이의 결합자유에너지를 GPU-TI 슈퍼컴퓨팅 계산으로 구하고 이론적/계산적 관점에서 8가지 신약후보 단백질들의 우수성 순서를 예측하였다.

□ DGIST 핵심단백질자원센터에서는 예측된 8가지 바이오베터-신약후보 단백질들을 유전자 클로닝, 발현 및 생산 등 단백질 신약생산 전 과정에 있어서 원천기술 확보 및 최적화에 성공하였으며, 이것들의 3차원 구조적 안정성과 생물성 및 수용체와의 결합 상수들을 측정하여 8가지 후보 단백질들의 Anakinra 대비 높은 유효성을 확인하였다. 또한 여러 차례에 걸친 세포활성 실험들을 통하여 슈퍼컴퓨팅 디자인된 8가지 후보 단백질들 중에 4종 이상에서 현재 세계적으로 시판 중인 급성/만성 염증 조절제인 Anakinra 보다도 우수한 기능을 보이는 바이오베터-신약후보 물질들을 발굴하였으며 현재 실험동물을 이용한 전임상 시험에 돌입했다고 밝혔다.

□ 이전에도 DGIST pCoE 연구단 및 핵심단백질자원센터는 GPU 특화 슈퍼컴퓨팅을 이용하여 감염병 PCR 진단의 정확도를 원천적으로 높이기 위한 Cold UDG 단백질을 디지털 디자인하였다. 이는 COVID-19의 PCR 진단과 같은 일반적인 PCR 진단에서 위양성, 위음성 진단을 제거하는데 필요한 원천 기술로서 ㈜엔지노믹스에 기술이전 및 상용화하였고 현재 시판중이다.

㈜아이프로테인테라퓨틱스 대표 이주환 박사는 DGIST 신물질과학전공에서 박사학위를 취득하였으며, 그후 바이오 스타트업 기업을 창업하고 투자를 유치하여 본격적으로 DGIST 슈퍼컴퓨팅센터의 고성능 GPU 특화 슈퍼컴퓨터를 이용하여 세계적으로 경쟁력 있는 면역항암 신약후보 단백질 개발을 수행하고 있다. 그 이외에도 DGIST 고성능 GPU 특화 슈퍼컴퓨터는 DGIST 학생 창업 기업인 ㈜실리코팜의 혁신적 바이오 신약 연구, 여러 뇌과학/공학 연구 그룹들의 대용량 뇌영상 이미지의 초고속 분석 연구 및 GIST, 한국생산기술연구원, 현대자동차, SK실트론 기업의 연구개발 등에 아주 중요하게 활용되고 있다.

DGIST 단백질 pCoE 연구단, 핵심단백질자원센터는 ㈜아이프로테인테라퓨틱스와 함께 디지털 혁신 바이오학·산 공동연구를 통하여 기존 4차 산업혁명 핵심기술을 활용하면서 동시에 이의 한계를 뛰어넘는 혁신적 패러다임을 이루었다. GPU-슈퍼컴퓨팅을 활용한 원자 수준의 단백질 구조 맞춤 디자인을 기반으로 사이토카인, 바이러스 감염병 및 뇌 신경 질환 등 관련 신약개발 기초원천 R&D와 연계 Wet-Bio Lab에서의 신약 후보 단백질의 실제 고급 생산/특성분석/유효성검증을 포함하는 응용원천 R&D, 그리고 후속 상용화 원천 R&D와의 시너지 창출을 추구하고 있다.

DGIST는 핵심 R&D 인프라(슈퍼컴퓨팅센터, 핵심단백질자원센터)와 우수한 연구인력(뇌과학과 및 바이오융합연구부), 기술력 및 생산된 의료용 핵심 단백질 자원들을 융합하고, 단백질 신약 R&D 과정에서 후보 단백질 디자인, 기초원천, 응용원천, 상용화원천 핵심기술들 사이에 존재하는 병목 공백기술을 극복하는 Dry+Wet 연구자들의 디지털 혁신바이오 융합연구개발 팀워크를 구축하여, 신약개발 전 주기적 파이프라인 플랫폼을 DGIST에 구축 성공하였으며 우수한 연구 결과 도출과 후속 응용/상용화 가치 창출을 도모할 수 있는 발전 가능성을 입증하였다.

박종문기자 kpjm@yeongnam.com

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