유전물질 조각 선택적 변형 기술 개발…"mRNA 신약 대중화 촉진"

울산과학기술원 "신약 개발·생명공학 연구 등 응용 가능"

올리고뉴클레오타이드 사슬의 특정 위치를 변형할 수 있는 기술. 로듐(I) 카빈을 이용해 위치 선택적인 올리고뉴클레오타이드의 구아노신(G)의 변형 방법을 개발했다. 이 방법은 빠른 반응 속도를 가지고, 공기 중, 물 안에서 모두 쓸 수 있다. 다양한 이차 구조를 가진 올리고뉴클레오타이드의 ‘염기쌍을 형성하지 않은 구아노신’만 선택적으로 변형이 가능하다. 그림제공=울산과학기술원(UNIST)

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 최근 코로나19 백신 개발과 관련해 주목받고 있는 유전 물질 기반 신약(mRNA 백신, RNA 희귀질환치료제)의 대중화를 촉진시킬 수 있는 값싸고 빠른 변형 기술을 개발했다.

울산과학기술원(UNIST) 화학과 박철민 교수 연구팀은 DNA나 RNA 조각인 ‘올리고뉴클레오타이드’(oligonucleotide)의 특정 위치에 작용기(기능기)를 붙일 수 있는 화학촉매 기반 변형 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 효소를 사용하는 생물학적 방식에 비해 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다. 또 이전의 구리(Cu) 금속 기반 화학 촉매와 달리 올리고뉴클레오타이드와 엉겨 붙는 현상(킬레이션)이 없어 작용기를 원하는 위치에 붙일 수 있고 반응 효율도 좋다. 붙일 수 있는 작용기의 종류에 제약이 적은 것도 장점이다.

뉴클레오타이드는 DNA(데옥시리보 핵산)나 RNA(리보핵산)의 기본 구조다. 뉴클레오타이드가 수개~수십 개씩 사슬처럼 이어지면 올리고뉴클레오타이드가 된다. 이 올리고뉴클레오타이드의 원하는 위치에 작용기를 붙여 유전물질 기반 약물이 목표물(단백질, 인체 RNA 등)에 잘 전달되게 돕는 것과 같은 효과를 얻는다.

연구진이 개발한 기술은 로듐 금속 기반 화학촉매를 이용해 올리고뉴클레오타이드의 구아닌 염기(base) 부분만 선택적으로 변형시키는 기술이다. 이번 연구에 참여한 이양하 화학과 석·박사통합과정 연구원은 “염기쌍(base-pair)을 형성하는 염기와 그렇지 않은 염기의 반응성 차이를 이용해 위치 선택성을 얻을 수 있었다”고 설명했다.

연구진은 개발된 방식을 이용해 빛으로 제거할 수 있는 작용기(Photocaging group)를 붙이는 변형이나 올리고뉴클레오타이드 끼리 이어 붙이는 반응에 성공했다. 또 변형된 올리고뉴클레오타이드를 ‘DNA 결합 단백질’(DNA-binding protein)의 검출에도 응용할 수 있었다.

박철민 교수는 “이번에 개발된 기술은 제약 분야뿐만 아니라 기초 생명과학 분야 연구, 나노공학 연구의 플랫폼 기술로 쓰일 수 있을 것” 이라고 기대했다.

이번 연구 결과는 16일(현지시각) 세계적인 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 에 발표됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr