KAIST, ‘mRNA’ 부작용 억제기술 세계 최초 구현…“정밀치료 확장 기반 마련”

▲KAIST 전용웅 교수, 정태웅 학생, 최지훈 학생(왼쪽부터). 사진=KAIST

KAIST 연구진이 메신저 리보핵산(mRNA) 치료제의 부작용을 억제하는 핵심 기술을 세계 최초로 구현했다.

KAIST는 화학과 전용웅 교수 연구팀이 mRNA가 단백질을 만드는 시작 시점과 속도를 조절할 수 있는 새로운 전략을 제시했다고 1일 밝혔다.

코로나19 백신 기술로 익숙한 mRNA는 인체에 바이러스 단백질의 설계도를 전달해 치료에 필요한 단백질 생성을 유도하는 기술이다.

암·유전질환 등 치료제 기술로 활용범위가 지속 확장되고 있지만, 투여 직후 단백질이 과다 생성되는 특성으로 폐색전증·뇌졸중 등 중증 부작용 우려가 지속 제기됐다.

이번 전 교수 연구팀의 연구 결과, 이 같은 mRNA 치료제의 부작용을 근본적으로 억제할 수 있는 신기술이 도출됐다는 게 KAIST 측 설명이다.

KAIST에 따르면, 해당 기술은 세포 내 '단백질 제조 기계(리보솜·번역 인자)'와 mRNA 설계도의 결합을 지연하기 위해 미세 손상된 DNA 조각과 mRNA를 붙이는 것이 핵심이다.

▲DNA-mRNA 하이브리드 기반 mRNA 번역 제어 전략 설명 자료. 사진=KAIST

연구팀은 단백질 제조 기계가 mRNA 설계도에 달라붙어 단백질이 생성되는 일련의 과정을 늦추면, 단백질이 과다 생성되는 문제를 막을 수 있다는 점에 주목했다.

기술은 mRNA와 결합된 미세 손상 DNA 조각이 방패 역할을 수행해, 단백질 제조 기계가 mRNA와 즉시 달라붙지 못하도록 방해하면서 단백질 생성 시작 속도를 부드럽게 늦추는 방식이다.

또한, 시간 경과에 따라 인체에 존재하는 '수리 효소'가 mRNA와 결합된 손상 DNA를 복구하면서 손상 DNA-mRNA 결합 구조가 풀리고, 단백질 생성 속도는 점차 정상화된다. 이러한 작용으로 단백질이 폭발적으로 과다 생성되는 기존 위험이 크게 감소하는 것이다.

이에 연구팀은 손상 DNA의 길이와 손상 정도를 조절해 단백질 생성 시점과 속도를 정밀하게 설계할 수 있음을 확인했다.

여러 종류의 mRNA를 동시에 투여하더라도 각 단백질이 의도한 순서대로 생성되도록 설계해, 복잡한 치료를 위해 수차례 분할 투여하던 기존 주사 방식도 혁신할 수 있다.

기술의 핵심인 손상 DNA는 체내에서 자연스럽게 재활용되는 안전한 생체물질로, 비용도 매우 저렴하다는 것이 특징이다. 주사 직전 mRNA와 섞기만 하면 기술 적용이 가능해 실제 의료 현장에서 쓰기 적합하다고 KAIST는 설명했다.

아울러 뇌졸중·암·면역질환 등 정밀한 단백질 조절이 필요한 치료 분야까지 응용될 수 있어 차세대 mRNA 치료제 개발의 핵심 전환점이 될 것으로 기대를 모은다.

한국연구재단(NRF) 우수신진연구사업의 지원을 받아 KAIST 화학과 최지훈 (3년차), 정태웅 (1년차) 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 화학 분야 최고 권위 학술지 중 하나인 '앙게반테 케미'에 지난달 게재됐다.

또한 KAIST의 '미래 유망 원천기술'로 선정돼 앞선 '2025 KAIST Techfair 기술 이전 설명회'에서도 소개됐다.

전용웅 KAIST 화학과 교수는 “생물학적 현상도 결국 화학이기 때문에, 화학적 접근으로 단백질 생성 과정을 정밀하게 조절할 수 있었다"며 “이번 기술은 mRNA 치료제의 안전성을 높일 뿐 아니라, 암·유전병 등 다양한 질환에 맞춘 정밀 치료로 확장될 수 있는 기반이 될 것"이라고 말했다.

박주성 기자 wn107@ekn.kr