신약개발 주도권 확보로 한국제약산업 신기원 이룬다
생명공학연구센터에서는 얼마 전 시험 가동에 성공한 4세대 방사광 가속기를 연구기반으로 신약을 개발하려는 프로젝트(NBA 프로젝트)를 기획해 지역의 미래 산업을 창출하려는 노력을 하고 있다.
포스텍 생명공학연구센터는 지난 2003년에 건립될 당시 국내 대학의 부속 연구소로는 최대의 규모를 자랑하는 연구소로 건립됐으며, 설립 후 지난 15년 간 포스텍 생명공학 분야의 대표적인 연구기관으로서의 역할을 수행하고 있다. 우수한 연구 성과를 바탕으로 기술 사업화를 위해 많은 노력을 기울이고 있으며, 바이오 산업분야의 인력양성에 기여하고 있다.
현재 연구센터에 참여하는 교수는 44명, 학생·연구원은 250여명이며, 연구 분야로는 분자의약 분야, 식물바이오텍, 나노바이오텍 분야에 연구를 중점적으로 수행하고 있으며, 여러 벤처기업들을 육성하고 있는데 그 중에 일부는 성장하여 코스닥에 상장된 것도 있다.
NBA 프로젝트는 4세대 방사광 가속기를 활용하여 신약개발을 위한 차세대 기술을 개발하고, 제약 및 생명공학 분야의 새로운 산업을 창출하기 위한 국가 차원의 프로젝트이다.
장승기 생명공학연구센터장은 “전 세계에서 3번째로 구축한 4세대 가속기를 활용해 약물의 표적이 되는 세포막 단백질들의 3차원 구조를 밝히고 구조기반 신약개발 방법을 이용하여 신약 후보물질을 개발하고 해외 선진연구기관과 제약사와 협력해 전임상 및 임상시험을 한다면 세계적인 신약을 개발할 수 있다”며 신약개발의 포부를 밝혔다.
이를 위해서는 세포막 단백질의 구조 분석 분야에서 세계 최고의 연구역량을 갖추고 세포막에 존재하는 여러 신약 표적단백질들의 구조분석을 할 수 있어야 하는데 포스텍에서는 기존의 구조생물학 분야와 제약 연구를 하고 있는 그룹들과 함께 4세대 방사광 가속기를 활용하여 신약 개발을 하는 신진 교수들을 선발하여 최고의 전문 연구그룹을 구성하려는 노력을 하고 있다.
4세대 방사광 가속기를 활용하여 세포막 단백질의 구조분석을 가장 잘하는 연구그룹인 미국의 애리조나 주립대의 바이오디자인연구소와의 공동연구를 통해 최단기간 내에 세포막 단백질의 구조분석분야와 구조기반 신약개발 분야의 최고의 기관이 되기 위한 노력을 하고 있다.
우리 몸에 이상이 생기거나 바이러스나 박테리아에 감염됐을 때 먹는 약은 대부분 그 약물이 작용하는 표적 단백질(환자의 몸에 있는 고장난 단백질 또는 감염 미생물의 단백질)에 결합해 그 표적 단백질의 기능을 강화시키거나 약화시키는 물질들이다.
그런데 이런 물질들을 새로이 개발하는 것은 매우 어려운데 그 이유는 특정 단백질에 강하게 결합하는 물질을 만들어 내는 것이 어려울 뿐만 아니라 그런 물질을 찾아내더라도 표적 단백질과 유사하게 생긴 표적이 아닌 단백질에도 결합해 그 단백질의 기능도 변화시켜서 원치 않은 효과(부작용)를 나타내는 경우가 많기 때문이다.
즉, 특정 표적단백질에 강하게 결합하고 유사하게 생긴 단백질에는 결합하지 않는 물질을 찾아내거나 개발하는 과정이 매우 어렵기 때문에 부작용이 적은 좋은 약을 개발하는 과정이 오래 걸리고 많은 연구비가 들어가는 것이다.
이런 어려움을 극복하기 위해서 개발된 방법이 단백질 구조기반 신약개발이다.
만약, 표적 단백질의 삼차원 구조를 안다면 어떤 방법으로 이 단백질과 결합하는 물질을 만들 수가 있을까?. 표적 단백질의 3차원 구조를 알면 그 표적 단백질과 잘 결합할 수 있을 것 같은 물질들(마치 열쇠와 자물쇠가 서로 결합하듯이)을 컴퓨터를 이용해 예측할 수 있다.
이렇게 예측된 물질을 합성하거나 구입해 이들이 표적 단백질에 실제로 결합하는 지의 여부와 표적 단백질의 기능을 변화시키는지의 여부를 실험적으로 검정하고, 예측된 물질 중에서 표적 단백질의 기능을 변화시키는 물질을 골라내고 그 물질과 결합한 표적 단백질의 삼차원 구조를 다시 분석해 결합하는 방식과 결합 부위를 더욱 세밀히 조사하여 더 효능이 좋은 물질을 다시 예측하고 예측한 대로 신물질을 만들고 그 물질의 효과를 다시 검정하는 과정들을 몇 차례 반복하여 신약 개발을 하는 것이 구조기반 신약개발 방법이다.
이런 구조기반 신약개발과정은 매우 효과적인 방법임에도 불구하고 모든 치료제의 개발을 이런 방법으로 할 수는 없는데,그 이유는 이 방법을 사용할 수 있는 전제 조건이 매우 높은 해상도를 가진 단백질 구조가 밝혀져 있어야 하는데 아직까지 신약 표적 단백질들 중에서 구조가 밝혀져 있는 것이 많지 않다. 특히 60% 이상의 약물의 표적이 되는 세포막 단백질들의 경우에는 단백질을 순수분리하고 큰 결정을 만드는 것이 거의 불가능해 신약개발을 구조기반 신약개발 방법으로 하지 못하고 있는 실정이다.
4세대 방사광 가속기는 기존의 3세대 가속기 보다 100억 배 밝은 강력한 빛을 생산할 뿐만 아니라 3세대 가속기와는 달리 빛의 위상이 같은 질 좋은 빛을 생산 할 수 있어서 아주 작은 단백질 결정으로도 구조 분석이 가능하고, 구조기반 신약에 필요한 높은 해상도의 결정 구조를 얻을 수 있으며, 3세대 가속기로 결정 분석을 할 때 일어날 수 있는 X선에 의한 변형이 없고, 단백질의 동력학적인 분석까지 가능하므로 세포막 단백질의 구조분석에 이상적인 장치라고 할 수 있다.
따라서 포스텍의 4세대 방사광 가속기를 활용하여 세포막에 있는 신약 표적단백질들의 구조를 밝히고, 국내외의 제약사들과의 공동 또는 협력 연구를 통해 신약 후보물질들을 개발하게 되면 국내외의 제약 산업을 신기원을 이룰 수 있을 것으로 기대된다.
지난 2015년 전 세계 제약 산업의 시장규모는 1천80조 원이며, 빠른 속도로 성장하고 있기 때문에 제약 산업을 우리나라에서 발전시키는 일은 국가의 발전과 경쟁력 제고에 반드시 필요한 일이다.
장승기 센터장은 이미 구축돼 있는 세계적으로 경쟁력이 있는 연구시설과 특화된 연구소를 활용하여 고부가가치의 신약개발 산업을 창출하는 것은 아직 일천한 우리나라의 제약 산업을 획기적으로 발전시킬 수 있는 개기가 될 것이라고 주장했다.
4세대 방사광 가속기와 포스텍의 바이오 연구기반을 활용해 신약개발 핵심연구그룹을 구축하고 해외의 선진 연구그룹들과 협력연구를 통하여 신약개발 연구를 수행해 나간다면 멀지 않은 장래에 신약개발의 꿈을 이룰 수 있을 것이라는 포부를 밝혔다.
경북도와 포항시도 가속기를 활용한 신약개발 프로젝트에 적극 동참하고 있는데 NBA 프로젝트의 핵심인력의 수용과 연구기반 구축을 위한 오픈 이노베이션 센터(가칭) 설립을 위해 올해 사업비를 45억 원을 지원해 사업을 추진하고 있으며, 내년에 이 센터의 설립이 본격적으로 진행될 예정이다.
이 연구 기반시설 구축과 병행해 포스텍과 지자체는 협력하여 국내외의 제약사와 세계 최고 수준의 신약연구기관을 유치할 계획이다.
경북도 관계자는 “빠른 시일 내에 이 프로젝트를 통해 앵커기업을 유치해 가시적인 성과를 보여줄 수 있을 것”이라며 사업 추진에 강한 의지를 밝혔다.
이어 “NBA 프로젝트는 우리나라 전체의 제약 산업을 수직 도약시키기 위한 대형 계획이므로 지자체의 노력만으로는 한계가 있고, 지자체의 노력과 더불어 국가가 체계적이고 지속적인 지원을 하여 우리나라의 미래 산업발전을 위한 토대를 마련해야 할 것이다”고 덧붙였다.
경북도청