AI활용…참거머리서 슈퍼박테리아 치료제 찾아

KBSI 호남권센터-조선대-충북대 공동연구…19개 후보물질 발굴뒤 선별

국내 연구진이 약용 참거머리에서 슈퍼 박테리아 치료제를 찾았다. 예측 및 분석 작업은 AI 도움을 받았다.

한국기초과학지원연구원(원장 양성광, KBSI)은 호남권센터 이성수 박사와 조선대학교 의과대학 의예과 신송엽 교수, 충북대학교 생물학과 조성진 교수로 구성된 공동연구팀이 슈퍼박테리아의 항균 및 항바이오필름 활성을 확인했다고 25일 밝혔다.

연구팀은 먼저 약용 참거머리의 침샘 전사체 데이터베이스의 항균성 등을 AI 기반으로 예측하고, 분석했다. 항균 펩타이드의 구조 안정성, 항균 및 항염증 특성 등을 평가한 결과, 19개의 신규 천연 항생물질 후보를 발굴했다.

공동 연구진. 왼쪽부터 KBSI 박정원 연구생(공동제1저자), 이성수 책임연구원, 조선대 신송엽 교수, 충북대 조성진 교수(이상 공동교신저자), 조선대 S. 디네시 쿠마르 박사(공동제1저자)

이들 중 실제 항균 효과를 입증한 3개의 최종 후보를 선별한뒤 이들의 항균 및 항바이오필름 활성을 통해 기능을 추가 확인했다.

이성수 박사는 "최종적으로 발굴된 히루니핀 2가 강력한 항균 효과를 나타냈다"며 "슈퍼박테리아 치료제로서의 잠재력을 입증했다"고 설명했다.

연구팀은 이 연구에서 굴절률 정보 기반 정량 정보를 활용한 3차원 홀로토모그래피 기술을 이용했다.

기존의 3차원 홀로토모그래피 기술은 박테리아를 추적해 항균 기전을 분석하는 이미징 기법이다. 한 번의 실험에서 단일 물질에 대한 실시간 분석만 가능한 단점도 있다.

이번 연구에서 연구팀은 다량의 샘플을 동시에 분석할 수 있는 'ODT-HTS' 기술을 도입했다.

'ODT-HTS'는  3차원 홀로토모그래피 기술을 활용한 다량 샘플 이미징 방법이다. 미지의 펩타이드 후보들의 항균 작용 기작을 실시간 고해상도로 시각화해 분석할 수 있다.

연구팀은 ODT-HTS 기술로 슈퍼박테리아가 생성하는 바이오필름의 실시간 성장을 무표지 3차원 홀로토모그래피 이미징으로 관찰했다.

또한 굴절률, 부피, 질량 등의 정량적 변화를 분석함으로써 히루니핀 2가 바이오필름을 파괴하는 과정을 실시간 확인했다.

천연물 유래 신규 항생물질 히루니핀 2 발굴 및 효용성 검증 과정을 보여주는 그림. 참거머리 침샘 등의 전사체 분석부터 OT-HTS를 통한 검증까지의 히루니핀 2 발굴 과정 등을 보여준다. (그림=KBSI)

이성수 박사는 “국내 천연자원 데이터베이스와 국산 3차원 홀로토모그래피 기술을 결합해 내성균 치료제 개발 가능성을 제시한 독창적인 연구”라고 평가했다.

연구는 한국연구재단(NRF) 기초연구사업(중견연구), 과학기술사업화진흥원의 국산연구장비기술경쟁력강화사업, KBSI 분석과학 특성화 연구사업 지원을 받았다.

연구결과는 다학제 화학 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스' 3월 13일자에 게재됐다.

연구결과가 실린 사이언스드 사이언스 표지.