AI가 코로나19 항바이러스제 개발

과학기술

AI가 코로나19 항바이러스제 개발
140억 개 화합물 수 시간 만에 검색, 후보물질 찾아내

2021.03.15 09:00 이강봉 객원기자

지난 1년 간 코로나19 치료를 위해 많은 시도가 이루어졌다.

그러나 사망률을 낮추는 항바이러스제 개발에는 도달하지 못하고 있는 중이다. 다른 질병 치료에 사용하던 렘데시비르, 덱사메타손 등의 의존해야 하는 상황이다.

이런 분위기 속에서 과학자들이 항바이러스제 개발을 위해 많은 노력을 기울이고 있는데 이 과정에서 인공지능(AI)이 맹활약하고 있다. 디지털 방식으로 약물 후보물질을 선별해 치료제 개발에 접근하고 있는 중이다.

인공지능이 코로나19 항바이러스제 개발 현장에 투입돼 약물 개발 일정을 대폭 앞당기고 있다. 이전에 십여 년 걸리던 개발 기간을 수년으로 단축하면서 최근 미 국립보건원은 2차 임상시험에 돌입하고 있는 중이다. ⓒ게티 이미지

10년 이상 걸리던 약물 개발 대폭 단축

12일 ‘사이언스’ 지에 따르면 새로 개발된 AI 프로그램 ‘SUEDE’는 화합물을 디지털 방식으로 스크리닝하면서 치료 가능성을 확인하고 있다.

또 다른 프로그램 ‘BAGEL’은 코로나19와 관련, 지금까지 알려진 표적을 대상으로 증상 억제제를 만드는 방법을 예측하고 있다. ‘SUEDE’가 단 몇 시간 만에 140억 개의 화합물 중 가능성 있는 화합물을 찾아내면 ‘BAGEL’이 약물을 설계하는 방식이다.

‘1910 제네틱스(1910 Genetics)’라는 미국 생명공학 스타트업에서는 최근 제약사들과 협력해 코로나19 항바이러스제 개발에 착수했는데 현재 동물과 사람을 대상으로 임상시험을 준비하고 있다.

관계자들은 지금과 같은 속도로 약물 개발이 이루어진다면 이전과는 비교가 되지 않을 만큼 빠른 속도로 약물 개발이 이루어질 수 있을 것으로 보고 있다.

그동안 새로운 약물 설계하고 개발하기 위해서는 10년 이상의 시간이 걸렸다. 수많은 후보물질을 일일이 검증해야 하는 검증 과정은 또한 개발자들에게 있어 고통스러울 정도로 느리며 또한 지루한 과정이었다.

그러나 최근 과학자들은 사람의 자리에 슈퍼컴퓨터, 로봇, 싱크로트론 등 인공지능을 통해 움직이는 장치들을 설치하고 신속하게 테스트를 진행하고 있는 중이다. 그 결과 최근 코로나19 항바이러스제와 관련 비약적인 성과를 거두고 있다.

생명공학계에 따르면 현재 239개의 항바이러스 분자가 개발 중이며 신종 바이러스를 목표로 다양한 실험을 진행하고 있는 중이다. 코로나19 팬데믹 사태의 종지부를 찍을 수 있는 항바이러스제 개발이 눈앞으로 다가오고 있다.

항바이러스제는 바이러스에 의한 감염질환을 치료하는 약물이다. 그동안 독감, 헤르페스, B형 간염, C형간염, 에이즈 등의 치료에 사용해왔는데 코로나19용 항바이러스제가 개발되면 질병으로 인한 재난을 막기 위한 중요한 치료제가 하나 더 추가되는 것이다.

NIH 새로운 항바이러스제 2차 임상시험

미 밴더빌트 대학의 바이러스 학자 마크 데니슨(Mark Denison) 교수는 “모든 사람이 백신을 맞을 수 없다는 것을 알고 있다.”라고 말했다.

“백신 접종이 이루어졌다 하더라도 면역성이 줄어들거나 새로운 변이가 나타나면 효과를 잃을 수 있다.”며, “팬데믹을 완전히 종식하기 위해 항바이러스제의 지속적인 개발을 서둘러야 한다.”고 강조했다.

미 국립보건원(NIH) 프란시스 콜린스(Francis Collins) 소장도 “정말로 더 많은 항바이러스제가 필요하다.”며, “최근 인공지능 덕분에 새로운 약물 후보물질들이 빠르게 증가하고 있으며, 일부는 임상시험이 진행되고 있다.”고 말했다.

퍼듀대학의 구조생물학자 앤드류 메세카(Andrew Mesecar) 교수는 “최근 개발 추세에 비추어 코로나19 바이러스에 대한 훨씬 더 많은 치료약물을 개발할 수 있을 것”으로 확신하고 있다.

코로나19 바이러스를 구성하고 있는 29개의 단백질은 세 가지 범주로 나뉜다. 외피를 구성하는 구조 단백질, 바이러스 복제를 돕는 비구조 단백질(NSP), 숙주의 면역 반응을 억제하는 등의 역할을 하는 보조 단백질을 말한다.

그동안 과학자들은 구조 및 복제 단백질을 타깃으로 그 기능을 억제할 수 있는 물질 개발에 주력해왔다. 그러나 인공지능을 통해 분석 기술이 발전하면서 코로나19 바이러스의 결국 약물은 단백질뿐만 아니라 코로나 바이러스의 RNA를 표적으로 약물을 개발하고 있다.

지난 2월 ‘네이처 바이오테크놀로지’에는 RNA의 일부를 잘라내는 ‘Cas13a’라는 유전자편집 효소를 만들었다는 내용의 논문이 게재됐다. 조지아 기술연구소(GIT)에서 개발한 이 효소는 코로나19에 감염된 햄스터에 주입돼 바이러스 증식을 차단할 수 있다.

이렇게 개발되고 있는 약물들은 바이러스의 약물에 대한 내성을 발생시킬 확률이 매우 낮다는 장점이 있다. 지난달 NIH는 또 다른 억제제인 ‘camostat mesilate’에 대한 두 번째 임상 시험을 시작했는데 복제 경로를 가로챌 수 있었다고 밝혔다.

항바이러스제 개발이 빠르게 진행되고 있지만 막대한 비용이 들어가는 문제가 있다. 캐나다 제약사인 아버터스 바이오파마의 마이클 소피아(Michael Sofia) CEO는 “추정에 따르면 신약이 출시하는데 드는 비용이 9억8,500만~28억 달러에 이르고 있다.”라고 말했다.

“비용 문제 때문에 많은 제약사가 항바이러스제 개발을 포기할 수 있다.”라며, “코로나19 팬데믹 사태를 완전히 종식시키기 위해, 더 나아가 또 다른 코로나19와 같은 바이러스에 대응하기 위해 더 많은 정부 지원이 필요하다.”고 말했다.

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