독도 미생물서 신경염증 억제 효능 가진 신규 물질 발견

독도의 혹독한 환경을 견뎌낸 미생물이 현대인의 난치병인 뇌 질환을 해결할 새로운 실마리를 제공할 것으로 기대된다.

한국생명공학연구원(원장 권석윤, 이하 생명연) 화학생물연구센터 장재혁·장준필 박사 연구팀과 한국과학기술연구원(원장 오상록, 이하 KIST) 천연물시스템생물연구센터 강경수 박사 연구팀은 공동연구를 통해 독도 토양에 사는 미생물에서 뇌 염증을 줄일 수 있는 새로운 물질 ‘독도티오신(Dokdothiocin)’을 발견했다고 9일 밝혔다.

▲(왼쪽부터)한국생명공학연구원 장 재혁 박사,

한국과학기술연구원 강 경수 박사

오늘날 치매나 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌 질환은 우리 사회가 함께 해결해야 할 큰 과제다.

이러한 질병을 악화시키는 주범 중 하나는 뇌 속 면역세포인 ‘미세아교세포’가 과도하게 흥분해 발생하는 신경염증이다.

연구팀은 이 문제를 해결할 단서를 독도의 자생식물인 땅채송화 뿌리 주변 토양의 미생물에서 찾아냈다.

독도의 강한 해풍과 염분 속에서도 살아남은 미생물인 스트렙토마이세스(Streptomyces sp. 20A130)는 항생제 등 다양한 의약 물질을 만들어내는 능력이 있어 신약 후보 물질을 찾는 연구에서 중요한 미생물로 알려져 있다.

연구팀은 이 미생물이 평소에는 만들지 않던 새로운 물질을 생산하도록 배양 환경을 다양하게 바꾸는 연구 방법을 적용했다.

그 결과 이전에는 보고된 적이 없는 새로운 물질인 독도티오신을 발견하고 이를 분리·정제하는 데 성공했다.

독도티오신은 29개의 원자가 고리 형태로 연결된 매우 독특한 구조를 지니고 있다. 이러한 구조적 희소성은 기존 치료제의 한계를 극복할 수 있는 차세대 신약 후보 물질로서의 높은 잠재력을 시사한다.

연구팀은 이 독창적인 구조가 실제 뇌 신경염증에 효과가 있는지 검증하기 위해 인공지능(AI)과 세포 실험을 결합한 융합연구를 진행했다.

우선 KIST가 자체 개발한 ‘단백질 표적 예측 AI 기술’을 통해 독도티오신이 뇌 속 염증 신호를 조절하는 핵심 경로를 차단할 수 있음을 예측했다.

이어 진행된 실제 세포 실험에서 독도티오신은 염증이 유도된 뇌 면역세포의 염증 반응을 뚜렷하게 완화시켰으며, 세포 손상을 일으키는 유해 물질들의 생성을 효과적으로 억제하는 것으로 나타났다.

AI의 정밀한 예측과 실제 실험 결과가 일치하며 신물질의 치료 가능성을 과학적으로 입증했다.

이번 성과는 생명연이 독도 미생물에서 새로운 물질을 발견하고, 이 미생물이 어떤 과정을 통해 물질을 만드는지 생합성 원리를 규명한 데 이어, KIST가 해당 물질의 뇌 질환 관련 효과와 작용 원리를 과학적으로 입증한 공동연구의 결과다.

두 기관의 역할이 유기적으로 연결되면서, 단순한 신물질 발견을 넘어 작용 원리까지 규명한 후보 물질로 발전시켰다는 점에서 의미가 크다.

또한, 이번 성과는 생명연이 추진해 온 국내 지역 미생물 기반 의약 활성물질 발굴 연구의 연장선에 있다.

연구팀은 그동안 울릉도, 제주도 등의 토양 시료들로부터 울릉아마이드, 울릉도린, 제주펩틴 등 국내 지역명을 붙인 다양한 신규 천연물을 발굴해 왔으며, 이번 독도티오신 역시 국내 생물자원의 과학적 가치를 세계적으로 알린 사례로 평가된다.

장재혁 박사는 “이번 연구는 독도 토양 미생물이 가진 잠재력을 과학적으로 입증한 사례”라며, “앞으로 인공지능 기술과의 융합을 통해 신약 개발 효율을 더욱 높여 나가겠다”고 밝혔다.

강경수 박사는 “AI 기반 단백질 타겟 예측 기술을 통해 독도티오신의 작용 가능 경로를 빠르게 규명할 수 있었다”며, “신물질 발굴과 인공지능 기술을 결합한 새로운 연구 모델을 제시한 성과”라고 설명했다.

한편, 이번 연구성과는 화학 분야의 국제 저명 학술지인 Organic Letters에 2월 27일자로 온라인 게재되었으며, (논문명: Dokdothiocin, an Anti-Neuroinflammatory Thiopeptide from Streptomyces sp. 20A130 / 교신저자: 생명연 장재혁 박사, 장준필 박사, KIST 강경수 박사 / 제1저자: 생명연 박지훈 석사후연구원, KIST Son Hung Tran 박사과정생 / DOI: 10.1021/acs.orglett.5c05406)

생명연 / KIST 주요사업, 국가과학기술연구회(NST) 창의형융합연구사업, 과기정통부 이공분야기초연구지원사업으로 수행되었다.