2016년 9월 6일 MIT Technology Review에 게재된 Startup’s Artificial DNA Could Revolutionize Drug Design을 옮긴 것입니다. (링크) 



신약 디자인에 혁신을 일으킬, 스타트업의 인공 DNA

자연계에서 여태껏 보지 못한 단백질을 이용한 신약개발을 목표로 한다.

by Ryan Cross
2016.9.6.

지금까지는 DNA 염기 4개로 모든 생명체가 공유하는 유전자 암호를 썼습니다. 이제는 '썼었다고' 표현해야 할 것 같습니다. 캘리포니아 주 라 졸라에 자리 잡은 생명공학 스타트업 신톡스(Synthorx)는 기존의 4개의 염기(아데닌, 구아닌, 시토신, 티민)에 인공합성 염기 X와 Y를 더해 총 6개의 유전자 염기로 미생물을 설계합니다. 이 합성 박테리아는 지금까지 자연계에 존재하지 않았던 것입니다. 신톡스는 이 박테리아를 이용해 차세대 진통제, 항생물질, 암 표적 물질 개발에 도움이 될 새로운 단백질을 설계하고 있습니다.

신톡스는 이 회사의 설립자 중 한 명인 한 샌디에이고 스크립 리서치 인스티튜트(Scripps Research Institute)의 화학자 플로이드 롬스버그(Floyd Romesberg)의 연구를 기반으로 프로젝트를 진행하고 있습니다. 15년이 넘는 기간 동안 롬스버그는 생명체의 유전자 조합 메커니즘에 적합하게 작동할 완벽한 인공 DNA 염기쌍을 찾으려고 노력했습니다. 하지만 기존 염기에 꼭 들어맞을 정도로 비슷한 염기는 아니었습니다. 2012년 롬스버그의 연구소는 인공 염기 X와 Y를 만들었다고 발표했고, 2014년에는 박테리아 세포가 X, Y 염기를 포함한 유전자를 복제해서 다음 대로 퍼뜨릴 수 있다는 것을 밝혔습니다.

DNA 염기 X와 Y를 더함으로서 세포는 자연계에 존재하는 아미노산 20종을 훨씬 넘어서는
 172 종의 서로 다른 아미노산으로 단백질을 만들어낼 수 있게 된다.


"사람들은 항상 생명을 복제한다는 것이 복잡하거나 매우 어려울 것이라고 생각해 왔어요." 롬스버그의 말입니다. "하지만 생명체 분자들은 사실 어떤 특별한 방식으로든 특별하지 않다고 보입니다."

2년 전 X, Y염기가 유용할 것이라고 생각한 사람은 아무도 없었습니다. 하지만 롬스버그의 목표는 현 수준의 화학으로 개발하는데 너무 복잡하다고 생각하는 약을 개발하는 것이었습니다. "연구소에서는 그걸 할 수 없었죠. 그것에 초점을 맞춘 독립적인 회사를 차리는 것이 그 목표를 이루는 방법이라고 생각했습니다."  이후 신톡스가 설립되었습니다.

X, Y 염기를 개발한 것만으로도 큰 과학적 성과입니다. 하지만 신톡스가 진정으로 앞서나가는 부분은 이 염기들을 새로운 단백질을 합성할 때 이용하는 점에 있습니다. 간단히 DNA 염기 X, Y를 더하는 것만으로 세포가 기존의 20개보다 훨씬 많은 172개의 아미노산으로 이루어진 단백질을 만들 수 있게 해준다는 것이죠.

"기존의 아미노산은 대부분은 별로 쓸모없습니다." 롬스버그의 말입니다. "약을 만드는데 일생을 바친 약학자들에게는 이 점이 크나큰 약점으로 작용했죠." 합성 아미노산을 이용하면 현재 존재하는 단백질이 목표물에 좀더 강하게 결합할 수 있게 만들 수 있습니다. 이는 약이 좀 더 효과적으로 작용할 수 있게 해줄 것입니다. 또한, 단백질을 조정해서 다른 비슷한 목표는 피하고 특정한 목표 한 개에만 부착되도록 만들면 치명적인 부작용을 없앨 수도 있을 것입니다. 실제로 신톡스가 진행 중인 한 프로젝트는 거미의 독을 비 마약성, 비 중독성 진통제로 변환하는 것을 목표로 하고 있죠.  

새로운 항생물질과 대사장애를 치료하는 약을 개발하는 것도 상정하고 있습니다. "인슐린은 훌륭한 목표 중 하나죠." 신톡스의 CEO 코트 터너의 말입니다. "이미 대장균(E.coli)에서 합성인슐린을 만들고 있지만, 환자는 매일 인슐린을 맞아야합니다." 인슐린 분자에 정확한 합성 아미노산을 삽입하면 좀 더 오랫동안 혈당 조절 효과를 지속할 수 있을 것이고 당뇨병 환자는 수일이나 일주일에 한번만 인슐린을 맞으면 될 겁니다.

이 기술이 실제로 구현된다면 정말 혁명적일 거라는데 과학자들은 동의합니다. 하지만 지금까지는 합성 DNA 염기를 적용하고 자연계에 존재하지 않았던 아미노산으로 이루어진 단백질을 만드는 것이 널리 받아들여질 만한 계기가 없었습니다. 워싱턴 대학교의 생물학자 마크 라조이(Marc Lajoie)는 이렇게 말합니다. "그건 어떻게 상상하느냐에 따라 달려있습니다. 솔직히 말하자면 일부 사람들은 자연계에 존재하지 않는 아미노산을 이용한다는 생각만으로도 미친 것으로 받아들일걸요."