코로나19 팬데믹 이후 전 세계적으로 항바이러스 치료제에 관한 관심이 높아지고 있다. 최근, 위고비(Wegovy)와 같은 펩타이드 신약이 주목받으면서 천연물 기반의 효과적인 펩타이드 치료제에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. 특히, 천연 단백질이 체내에서 분해되며 생성되는 ‘펩타이드 대사체’는 다기능성 신약 개발에 적합한 유망 후보물질로 주목받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 생체재료연구센터 한형섭 박사, 천연물시스템생물연구센터 송대근 박사, 도핑컨트롤센터 권오승 박사 연구팀은 천연물에서 유래한 펩타이드를 기반으로 항바이러스와 조직 재생 기능을 동시에 갖춘 치료 물질을 개발했다고 밝혔다. 

연구팀은 우리 몸에 존재하는 특정 단백질(티모신 β4)이 분해되며 생기는 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)가 항바이러스 작용과 조직 재생을 동시에 유도할 수 있는 기능성 물질임을 밝혀냈다. 연구팀이 발굴한 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)는 코로나19 바이러스의 주요 단백질 분해 효소(Mpro) 활성을 85% 이상 억제해 강력한 항바이러스 효과를 보였다. 또한, 사람 혈관 세포를 활용한 실험에서는 세포 성장과 상처 치유, 혈관 생성, 유해 산소 제거 등 몸의 회복 과정에 중요한 기능을 활성화하는 효과도 함께 확인됐다. 

연구진은 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)의 우수한 생물학적 기능을 실제 치료에 활용하기 위해 지지체를 직접 제작했다. 지지체는 세포가 자라거나 손상된 조직이 회복되는 데 발판이 되는 구조물로 재생의학 분야에서 중요한 역할을 한다. 이 펩타이드 지지체는 세포가 잘 부착되고 성장하며 혈관이 잘 형성되는 등 조직 회복을 유도하는 데 매우 효과적인 것으로 나타났다. 

이번 연구는 하나의 펩타이드가 항바이러스 치료와 조직 재생이라는 두 가지 기능을 동시에 수행할 수 있음을 입증해 기존 단백질 치료제의 한계를 극복할 것으로 기대된다. 또한, 단백질이 체내에서 분해되어 생성되는 대사체의 가능성에 주목했다는 점에서 신약과 의료용 바이오소재 개발에 중요한 기술적 기반이 될 수 있다. 연구팀은 펩타이드 대사체(Ac-Tβ1-17)를 활용한 맞춤형 치료제 및 조직 재생용 생체재료 실용화를 위한 연구를 수행할 계획이다.

KIST 한형섭 박사는 “이번 연구는 단백질 대사체가 신약뿐만 아니라 조직 재생을 위한 바이오소재로도 활용될 수 있음을 보여준 사례로, 향후 다양한 생체 응용 분야로의 확장 가능성을 확인한 데 의의가 있다”라고 말했다. 송대근 박사는 “천연 유래 생체활성 소재를 활용한 연구를 지속해 항바이러스제, 기능성 생체재료 등 다양한 분야에서 실용화할 계획”이라고 밝혔으며, 권오승 박사는 “티모신 β4 단백질의 대사체가 공동 연구를 통해 신약 후보 물질로 발굴되어 앞으로 이 분야에 많은 활용 가능성이 기대된다”라고 말했다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 국제화기반조성사업(NRF-2021K1A3A1A74095929) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Bioactive Materials」 (IF 18.0, JCR 분야 0.9%)에 게재됐다.

* 논문명 : Protein to biomaterials: Unraveling the antiviral and proangiogenic activities of Ac-Tβ1-17 peptide, a thymosin β4 metabolite, and its implications in peptide-scaffold preparation

[그림 1] 체내 단백질로부터 활성 펩타이드 소재 개발

인체에 존재하는 Thymosin beta 4 단백질의 대사물인 Ac-Tβ1-17의 항바이러스 효능, 세포재생효능, 상처회복효능, 신생혈관 재생 효능을 관찰하였다. 

[그림 2] Ac-Tβ1-17의 항바이러스 효능 발견

기존 티모신 베타4 단백질은 항바이러스 효능을 갖고 있지 않았던 반면, 그 대사체인 Ac-Tβ1-17은 코로나바이러스에 대한 강한 항바이러스 효능을 가지는 것으로 밝혀졌다.

[그림 3] Ac-Tβ1-17의 신생혈관 재생 효능 적용

Ac-Tβ1-17을 펩타이드 지지체에 코팅하거나 마우스 중족골에 처리한 뒤 혈관 생성 효능을 관찰한 결과, Ac-Tβ1-17은 혈관 재생에 탁월한 효능이 있는 것으로 밝혀졌다.