AI로 만든 인공 단백질 해독제, 뱀독 맞은 쥐 100% 살렸다

치명적인 코브라에 물렸을 때 병원에서 맞는 해독제는 지난 100년 동안 제조 방식이 거의 바뀌지 않았습니다. 말 같은 동물에게 뱀독을 조금씩 주사한 뒤, 혈액에서 항체를 뽑아내는 방식입니다.

이 전통적인 혈청 요법은 단가가 비싸고 부작용이 잦으며, 특정 뱀독에는 아예 효과가 없기도 합니다. 그런데 AI가 이 오랜 관행에 변화를 가져왔습니다.

2024년 노벨 화학상 수상자인 데이비드 베이커 워싱턴대 교수 연구팀과 덴마크공과대학(DTU) 연구진은 1월 15일 국제학술지 네이처에 딥러닝으로 치명적인 코브라 신경독을 무력화하는 단백질을 컴퓨터로 직접 설계해 냈다고 발표했습니다.

100년 넘게 멈춰 있던 뱀독 치료제, AI로 깬다

세계보건기구(WHO)에 따르면 전 세계에서 해마다 180만에서 270만 명이 독사에 물립니다. 이 가운데 약 10만 명이 목숨을 잃고, 절단 수술 같은 영구 장애를 얻는 사람만 사망자의 세 배에 달합니다. 피해는 주로 의료 환경이 열악한 아프리카, 아시아, 중남미에 집중되어 있습니다.

기존 동물 혈청이 유독 힘을 쓰지 못했던 주범은 코브라 독에 든 '삼지창 독소'입니다. 크기가 너무 작아 동물의 면역계를 쉽게 피해 가기 때문에 혈청 안에 충분한 항체가 생기지 않습니다.

연구팀은 말을 키우는 대신 컴퓨터 화면을 켰습니다. AI로 삼지창 독소에 달라붙어 기능을 마비시키는 단백질을 바닥부터 설계했고, 치사량의 독소를 투여한 쥐 실험에서 80%에서 100%의 생존율을 확인했습니다.

동물 혈장 대신 미생물 배양으로

이번 성과는 효과뿐 아니라 약을 발굴하고 생산하는 방식 자체를 완전히 바꿨습니다.

베이커 교수는 설계 소프트웨어 성능이 뛰어나 실험실에서 수많은 후보 물질을 일일이 테스트할 필요 없이, 단 몇 개의 분자만 합성해 보고도 효과를 입증할 수 있었다고 밝혔습니다. 발견 단계에 들던 시간을 획기적으로 줄인 셈입니다.

새로 설계한 단백질은 덩치가 큰 기존 동물 항체보다 훨씬 작아서, 인체 조직 깊숙한 곳까지 빠르게 침투해 독소를 더 일찍 중화할 것으로 기대됩니다. 제조 방식도 말을 사육해 피를 뽑을 필요 없이 미생물 발효 공정으로 대량 생산할 수 있어 비용을 크게 낮출 수 있습니다.

다만 실제 뱀독은 수십 가지 성분이 뒤섞인 복합 물질입니다. 이번에 개발된 물질은 가장 치명적인 신경독만 표적하기 때문에, 연구팀은 당장 단독 치료제로 쓰이기보다는 기존 혈청의 효능을 보완하는 보강제로 먼저 도입될 가능성이 높다고 설명했습니다.

왜 중요한가

우리는 이번 연구가 최첨단 AI 단백질 설계 기술이 시장에서 철저히 소외되어 온 영역에 닿은 보기 드문 모범 사례라고 봅니다.

뱀독 치료제는 환자 대부분이 빈곤층이라 대형 제약사들이 막대한 임상 비용을 들여 신약을 개발할 유인이 없었습니다. 100년 넘게 기술 발전이 멈춰 있었던 이유입니다. AI가 후보 물질 발굴 비용을 바닥까지 낮추면서, 상업성이 떨어져 방치되던 열대 소외 질환을 저비용으로 해결할 길이 열렸습니다.

미생물 배양 방식은 콜드체인과 병원 인프라가 부실한 개발도상국에 치료제를 안정적으로 보급하는 데도 훨씬 유리합니다.

물론 쥐 실험 결과를 사람에게 그대로 적용하기까지는 넘어야 할 안전성 검증 단계가 많고, 복합 독소를 한 번에 잡지 못한다는 한계도 여전합니다. 하지만 면역계가 놓쳐 온 치명적 분자를 코드로 역설계해 무력화할 수 있음을 증명했다는 점에서, 향후 신종 독소나 바이러스 대응 패러다임을 바꿀 중요한 이정표로 평가할 수 있습니다.