AI 설계 단백질로 RNA 전달 효율 '껑충'…투여량은 대폭 절감

독일 연구진이 생성형 인공지능(AI)으로 설계한 단백질 구조를 활용해 리보핵산(RNA)을 세포 안으로 더 효율적으로 전달하는 새로운 운반체를 개발했다.

3일(현지시간) 애저라이프사이언스에 따르면 독일 헬름홀츠 뮌헨과 뮌헨공대(TUM) 연구팀은 자연 단백질 구성 요소와 생성형 AI로 설계한 합성 단백질 구조를 결합해 '합성 전달 운반체(STV)'라는 새로운 RNA 운반체를 만들었다.

RNA 기반 치료제는 RNA를 설계도로 삼아 세포가 특정 단백질을 만들도록 유도한다. 이 과정에서 RNA가 온전한 상태로 세포 내부에 도달해야 하는데, 기존에는 바이러스 유래 운반체나 지질나노입자(LNP)가 쓰였다. 두 방식 모두 한계가 있어 연구팀은 더 효율적인 전달 메커니즘을 설계했다.

연구팀은 100개 이상의 변이체를 시험했고, 자연에는 존재하지 않는 기하학적 구조를 지닌 단백질이 특히 우수한 성능을 보였다. 이 가운데 가장 효율적인 후보로 'STV-C8'을 선정했다.

크리스토프 그루버 박사는 "자연을 재현하려 한 것이 아니라 RNA의 효율적 전달이라는 특정 과제를 위한 새 구조를 설계했다"고 말했다. 마렌 키르스틴 슈마허 박사는 "자연 바이러스 캡시드와 크게 다른 구조가 특히 잘 작동한다는 점이 핵심 발견"이라며 "AI로 단백질 설계 공간을 체계적으로 확장할 가능성을 보여준다"고 설명했다.

세포 배양 실험에서 STV-C8은 비교 대상인 바이러스 유사 입자와 지질나노입자보다 RNA를 훨씬 효율적으로 전달했다. 지질나노입자와 비교해 형질주입률이 크게 높았고, 비슷한 수준의 단백질을 만들기 위해 필요한 RNA 양은 훨씬 적었다.

이 운반체는 다양한 RNA 화물을 실을 수 있고 특정 표적 세포로 향하도록 조절할 수 있다. 플로리안 기저트 박사는 "이러한 모듈식 구조 덕분에 운반체를 다양한 용도와 표적 세포에 맞게 조정할 수 있다"고 말했다.

연구팀은 생체 내 작동 여부를 확인하기 위해 동물 실험도 진행했다. 쥐에 정맥 주사한 결과 STV-C8은 주로 폐에서 RNA 발현을 유도했고 면역·독성 부작용은 관찰되지 않았다. 또 크리스퍼(CRISPR)/Cas9 시스템 구성 요소를 실어 돼지 근육에 주사해 뒤센 근이영양증과 관련된 디스트로핀 유전자의 질병 관련 구간을 제거하는 데 성공했다.

STV-C8은 아직 실험 단계다. 의료용으로 쓰이려면 특정 세포 유형으로의 표적화와 체내 분포 등을 추가로 연구해야 한다. 볼프강 부르스트 교수는 "다양한 치료 용도로 발전시킬 수 있는 플랫폼을 만들었다"고 말했다. 연구팀은 이 기술을 분사 기업으로 이전할 계획이다.

이번 연구 결과는 국제학술지 네이처에 게재됐다.