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계산적 항체 디자인을 통한 범용성 코로나바이러스 중화항체 개발
우리 대학 생명과학과 오병하 교수 연구팀이 계산적 항체 디자인을 개발하고 이를 적용해 오미크론을 포함해 현재 유행 중인 모든 코로나19 변종 바이러스에 뛰어난 효과를 나타내는 중화항체*를 개발했다고 밝혔다.
*병원체가 신체에 침투했을 때 생화학적으로 미치는 영향을 중화하여 세포를 방어하는 치료용 항체.
코로나19 감염을 유발하는 바이러스로 알려진 SARS-CoV-2 바이러스*는 스파이크 당단백질 부위에 있는 수용체 결합 부위(이하 항원)를 인간 세포막에 붙어있는 hACE2(human Angiotensin Converting Enzyme2) 수용체에 결합시켜 세포 내로 침입하는 기전을 보인다. 이러한 기전에 착안해 세계 유수의 제약회사들의 연구진은 수용체 결합 부위에 붙는 중화항체 에테세비맙(Etesevimab), 밤라니비맙(Bamlanivimab) 등을 개발했다.
*현재 중증급성호흡기 증후군 팬데믹을 일으키고 있는 코로나바이러스. RNA 바이러스이며 바이러스 표면 스파이크 단백질을 통해 인간 ACE2 단백질과 결합하여 세포 내로 침투.
하지만, 이 항체들은 최초에 유행한 코로나바이러스에 효과적인 것과 다르게 알파, 베타, 델타 등과 같은 변이에는 중화능이 없거나 떨어지는 것으로 보고됐다. 변이 바이러스의 등장으로 기존 항체들의 중화능이 떨어지는 이유는 바이러스의 항체 인식부위 서열에 변이가 생겨 항체가 더 이상 제대로 결합하지 못하게 되기 때문이다.
연구진은 계산적 단백질 디자인 방법으로 바이러스 항원에서 변이가 생기지 않는 부분에 강력하게 결합하는 항체를 개발했다. 결과적으로, 이번에 개발한 항체는 오미크론을 포함해 알려진 SARS-CoV-2의 모든 변이 바이러스뿐만 아니라 SARS-CoV-1, 천산갑 코로나 바이러스에도 강력한 결합력*을 보이며 우수한 중화 능력 지표**도 확인했다.
* picomolar(리터당 10-12 mole)에서 femtomolar (리터당 10-15 mole)의 결합력을 보임.
** Neutralization constant 50 (NC50) 가 0.10-8.3 nM로써 높은 중화능을 보임.
연구진이 개발한 항체는 미래에 출현할지 모르는 새로운 중증호흡기증후군 유발 코로나바이러스에도 대응할 수 있는 범용 코로나 치료항체 후보로 기대된다. 또한, 이번에 개발된 계산적 항체 디자인 기술은 항원의 특정 부위에 결합하는 항체를 발굴하는 새로운 방법으로서 그 응용성이 넓고 기술적 가치가 높다.
오병하 교수는 "이번에 개발한 항체는 아미노산 서열이 거의 바뀌지 않는 표면에 결합하기 때문에 향후 출현할 수 있는 신·변종 코로나바이러스에 즉각 대응할 수 있는 치료 물질이 될 수 있다는데 큰 의의가 있다ˮ라고 밝혔으며, 아울러, "이번 연구를 통해 개발한 계산적 항체 디자인 방법은 실험적으로는 얻기 어려운 항체를 개발하는데 널리 이용될 것으로 기대한다ˮ라고 밝혔다.
우리 대학 생명과학과 정보성 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 항체 전문 학술지 ‘mAbs’에 게재됐다. 이번 연구는 연세대학교 조현수 교수 연구팀과 한국화학연구소 김균도 박사 연구팀도 참여했다. (관련 논문명: Computational design of a neutralizing antibody with picomolar binding affinity for all concerning SARS-CoV-2 variants)
참고로, 상기 논문 발표 후 오미크론이 새롭게 출현하였으며, 연구진은 개발한 중화항체가 이 변종에도 효과가 있음을 실험적으로 입증하였다.
한편 이번 연구는 KAIST 코로나대응 과학기술뉴딜사업단과 한국과학재단 기초과학연구실 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2022.02.04 조회수 3229 -
자연에 없는 고감도 단백질 센서 제작 플랫폼 개발
우리 대학 생명과학과 오병하 교수가 미국 워싱턴주립대학 (University of Washington)과 국제 공동연구를 수행해 고감도의 단백질 센서 플랫폼을 개발했다고 5일 밝혔다.
단백질 센서들은 질병의 진단, 치료 경과의 추적, 병원 미생물의 감지 등에 널리 사용되고 있다. 상용되고 있는 단백질 센서들은 자연계에 존재하는 단백질이거나 이를 약간 변형한 형태이며 개발에는 많은 시간이 소요된다.
공동연구팀은 자연에 존재하는 단백질에 의존하지 않고 계산적 단백질 디자인 방법으로 인공적인 골격 단백질을 창출했으며 이를 두 부분으로 나누고 심해 새우가 만드는 발광 단백질과 재조합해 단백질을 감지하는 기능을 부여했다. 이렇게 만들어진 두 요소(two-component) 단백질 시스템은 그 자체로는 발광하지 않다가 감지하려는 표적 단백질이 존재하면 이와 결합하고 결과적으로 발광하도록 디자인돼있다.
그리고 그 발광 정도는 표적 단백질의 농도에 비례해 빛을 발생하기 때문에 발광의 세기를 측정함으로써 표적 단백질의 존재와 그 농도를 감지할 수 있다. 발생하는 빛은 시료의 전처리 없이도 감지할 수 있고, 발광 반응은 즉각적이며 1시간 안에 종료되기 때문에 기존 발색 반응의 측정보다 쉽다는 장점이 있다.
연구진이 창출한 단백질 시스템은 마치 레고 블록처럼 사용돼 여러 다양한 단백질 센서를 용이하게 제작하는데 쓸 수 있는 플랫폼을 제공한다. 실제로 발표된 논문에는 B형 간염 바이러스 단백질 센서, 코로나바이러스 단백질 센서 등 8개의 고감도 단백질 센서를 실제로 제작해 이 단백질 센서 플랫폼의 높은 응용성을 보여준다.
한편 이 단백질 센서의 작동 방식은 자연계에서는 그 예를 찾을 수 없어 자연의 모방을 넘어 자연에 존재하지 않는 단백질과 기능을 창출할 수 있다는 예를 보여준다.
이번 연구는 LG연암문화재단의 지원으로 오병하 교수가 미국 워싱턴 주립대학 데이비드 베이커(David Baker) 교수 실험실에 1년간 방문한 공동연구로 진행됐으며, 생명과학과 이한솔 박사와 강원대학교 홍효정 교수가 참여했다. 수행된 이번 연구 결과는 연구의 우수성을 인정받아 종합 과학 분야의 국제학술지 `네이처(Nature)'에 1월 27일 字 게재됐다. (논문명 : De novo design of modular and tunable protein biosensors)
2021.02.05 조회수 70280 -
오병하 교수, 제9회 아산의학상 기초의학부문 수상
〈오 병 하 교수〉
우리 대학 생명과학과 오병하 교수가 아산사회복지재단이 수여하는 제9회 아산의학상 기초의학부문 수상자에 선정됐다.
아산의학상은 기초의학 및 임상의학 분야에서 뛰어난 업적을 이룬 의과학자를 격려하기 위해 2007년 제정됐으며, 국내 의학발전에 기여하고 인재 양성에 힘쓴 해외 의과학자를 올해 처음으로 선정했다.
오 교수는 세포분열시 필수적으로 나타나는 현상인 DNA가 염색체로 응축되는 과정에 작용하는 단백질 콘덴신의 구조와 작용원리를 밝혀낸 업적을 높이 평가받았다.
DNA 응축이 제대로 이뤄지지 않으면 분열되는 세포가 유전정보를 받지 못하고 사멸하게 되므로, 향후 콘덴신 기능을 제어하여 암세포의 분열과 증식을 억제하는 항암제 개발에 이번 연구를 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
그밖에 임상의학부문에 로베르토 로메로 미국 국립보건원(NIH) 주산의학연구소 교수, 젊은의학자부문에 조승우 연세대 생명공학과 교수, 김준범 울산의대 흉부외과 교수가 선정됐다.
시상식은 오는 21일(월) 오후 6시 용산구 한남동 그랜드 하얏트 호텔 그랜드볼룸에서 열리며, 기초의학부문 3억 원, 임상의학부문 25만 달러, 젊은의학자부문 각각 5천만 원의 상금을 시상한다.
2016.03.18 조회수 7678 -
생명과학과 연구동 신축기금 기부 잇따라
생명과학과(학과장 오병하)가 추진 중인 ‘신약개발 연구동’ 신축기금 모금에 기업의 기부가 이어지고 있다.
지난 9월 니콘 인스트루먼트 코리아가 생명과학과 연구동 신축기금으로 1천만 원을 전달한데 이어 최근 칼자이스(주)와 ㈜쓰리샤인이 각각 1500백만 원과 1천만 원을 학과에 전달했다.
칼자이스 브루노 린 매니저는 발전기금 전달식에서 “세계적인 학과로 성장하고 있는 KAIST 생명과학과 연구동 신축기금에 참여하게 되어 기쁘다”고 밝혔다.
칼자이스(주)가 지난 11월18일 생명과학과 교수회의실에서 신약개발연구동 건립기금으로 1천5백만 원을 전달했다. 왼쪽부터 김태훈 부장, 이규혁 이사, 브로노 린 매니저, 생명과학과 오병하 학과장, 김은준 교수
㈜쓰리샤인 박천귀 대표는 “생명과학과가 연구동 신축을 통해 세계적인 실용적 연구성과를 창출해 우리나라의 바이오 신약 개발 연구에 선도적인 역할을 하길 바란다”고 전했다.
쓰리샤인이 지난 10월15일 생명과학과 교수회의실에서 신약개발연구동 건립기금으로 1천만 원을 전달했다. 왼쪽부터 생명과학과 오병하 학과장, ㈜쓰리샤인 박천귀 대표, 생명과학과 김대수 교수
이밖에 바이진(주), ㈜앱타이드, ㈜씨앤밸류, ㈜스페셜가스, 비티사이언스, 암브로티아가 발전기금을 기탁하며 생명과학과 연구동 신축에 힘을 보태고 있다.
분야가 구별되지 않는 종합연구를 수행하는‘신약개발 연구동’은 첨단 연구기기 지원실을 구축해 바이오 신약개발 연구를 위한 효율적인 공간 구축을 목표로 하고 있다. 끝.
2015.11.27 조회수 8328 -
니콘인스트루먼트코리아, 생명과학과에 발전기금 전달
니콘인스트루먼트코리아(대표 사이토 에이이치)가 본교 생명과학과가 추진하고 있는 ‘신약개발 연구동’ 건립을 위해 써달라며 1천만 원의 발전기금을 전달했다.
발전기금 전달식은 지난달 25일 본교 생명과학과 교수회의실에서 열렸다.
니콘인스트루먼트코리아는 “한국의 생명과학 발전에 크게 기여 할 ‘신약개발연구동’ 설립 취지에 공감하여 기부를 하게 되었다”며 “이번 기부금이 세계적인 연구성과를 창출하는 밑거름이 되길 바란다”라고 뜻을 밝혔다.
<사진설명>니콘 인스트루먼트 코리아가 지난 9월 25일 생명과학과 교수회의실에서 ‘신약개발연구동’ 건립기금으로 1천만 원을 전달했다. 왼쪽부터 생명과학과 허원도 교수, 오병하 학과장, 전상용 교수, 코리아인스텍 장삼섭 대표, 니콘인스트루먼트코리아 유익수 이사.
한편 KAIST 생명과학과는 ‘신약개발 연구동’ 신축을 위한 기금모금을 2015년 8월부터 추진하고 있다. ‘신약개발 연구동’은 첨단 연구기기 지원실을 구축하여 분야가 구별되지 않는 토탈 리서치를 수행하는 연구 공간으로 운영된다. 끝.
2015.10.02 조회수 7667