네안데르탈인 분자를 '부활'시켜 새로운 항생제를 찾는 과학자

Dec 30, 2023

유전학자인 에디스 허드(Edith Heard)는 “향후 10~20년 안에 우리는 항생제 내성 세균 감염으로 인해 사망하게 될 것”이라고 말했습니다. 세계보건기구(WHO)는 기존 약물 치료에 영향을 받지 않는 미생물이 가하는 위협에 대해 오랫동안 경고해 왔습니다. 이 미생물은 2050년까지 매년 약 1,000만 명의 목숨을 앗아 갈 것이며 이는 암의 치사율을 능가하는 수치입니다. 항생제 내성과의 싸움의 최전선에 있는 사람들 중 한 명은 과학 연구로 지로나 공주상을 수상했으며 펜실베니아 대학의 생명공학 교수인 세자르 드 라 푸엔테입니다. De la Fuente는 인공 지능과 그의 연구팀인 Machine Biology Group의 전문 지식 및 경험을 결합하여 항균 잠재력이 있는 수천 개의 분자를 발견하고 분석합니다. 팀은 말벌 독과 같은 천연 화합물이나 인체 자체의 단백질 지도에서 생명을 구하는 표본을 찾습니다. 그리고 이제 네안데르탈인과 데니소바인 조상의 고대 DNA에는 진화 과정에서 호모 사피엔스가 잃어버린 분자가 "부활"됩니다.

신체에는 인간 세포보다 박테리아 세포가 더 많습니다. 치태 생성에서부터 지구의 비옥도 유지에 이르기까지 모든 일을 담당하는 지구상에서 가장 풍부한 유기체인 박테리아의 가장 관련성이 높은 특성 중 하나는 항생제에 대한 내성을 키우는 능력입니다. 하지만 이 인상적인 업적은 수백만 명의 생명을 위협하고 있습니다.

De la Fuente 팀은 이 문제에 대응할 화합물을 찾고 있습니다. 신체의 전체 단백질 세트인 프로테옴을 분석하여, 이 연구자들은 면역체계와 관련이 없지만 항감염 특성을 지닌 생물학적 기능을 가진 2,603개의 펩타이드(아미노산으로 구성된 분자)를 발견했습니다.

스페인 항구 도시인 라 코루냐 출신의 37세 De la Fuente는 Forbes 선정 스페인인 상위 50인 목록에 포함되었으며 미국 화학 협회와 MIT에서 뛰어난 연구원으로 인정받았습니다. 그의 팀은 "멸종 복원", 즉 더 이상 존재하지 않는 과거의 화합물을 복구하는 과정을 연구하고 있다고 설명합니다. “우리는 항생제의 공급원인 인간 프로테옴을 탐색하기 위한 알고리즘을 개발했으며 암호화된 펩타이드라고 부르는 그러한 서열을 많이 발견했습니다.”라고 그는 말합니다. “이로 인해 우리는 이러한 서열이 진화 전반에 걸쳐 생성되었으며 박테리아와 같은 침입이나 전염성 물질로부터 우리를 보호하기 위해 면역 체계에서 역할을 했다고 가정하게 되었습니다. 그래서 우리는 가장 가까운 조상인 네안데르탈인과 데니소바인의 단백질체를 조사하기로 결정했습니다.”

기본 프로테옴은 멸종된 인류의 유전학을 규명한 공로로 작년에 노벨상을 수상한 조상 DNA에 대한 스반테 파보(Svante Pääbo)의 연구 덕분에 공개되었습니다. De la Fuente는 "우리가 한 일은 이러한 데이터, 즉 인간 프로테옴을 탐색하여 단백질에 암호화된 항생제를 찾을 수 있는지 알아보는 알고리즘을 개발한 것"이라고 말합니다.

De la Fuente는 이 컨셉이 영화 쥬라기 공원에서 영감을 받았다고 말했습니다. “영화의 아이디어는 전체 유기체, 즉 공룡을 다시 살아나게 하는 것이었습니다. 그러나 이는 많은 윤리적, 생태학적, 기술적 문제를 야기합니다. 오늘날 우리는 공룡을 부활시키기 위한 게놈 정보가 충분하지 않습니다. 대신에 우리는 분자 복원이라는 아이디어를 내놓았습니다. 전체 유기체를 부활시키기보다는 과거의 분자를 부활시켜 항생제 내성과 같은 오늘날의 문제를 해결하는 데 도움을 주려고 노력하고 있습니다.”

Cell Host & Microbe 저널에 게재되고 Nature가 검토한 이 팀의 연구는 팀이 설계한 알고리즘과 인공 지능의 사용을 통해 미토콘드리아 DNA의 게놈 및 단백질 정보를 사용하여 사용할 수 있는 분자를 찾습니다. 잠재적인 항생제로서.

De la Fuente는 “가장 흥미로운 순간은 고체상 화학 합성이라는 방법을 사용하여 분자를 부활시켰을 때였습니다.”라고 말했습니다. "우리는 기계가 분자를 화학적으로 합성하도록 하기 위해 항생제 능력이 있는 아미노산에 대해 컴퓨터가 제공하는 코드를 사용합니다."