인공지능이 발견한 아케아(Archaea) 유래 차세대 항생제

🌍 왜 새로운 항생제가 필요한가?

항생제 내성은 전 세계 보건 위기 중 하나로 꼽힙니다. 기존 항생제가 듣지 않는 세균이 늘어나면서 새로운 치료제가 절실히 필요합니다. 하지만 지난 수십 년간 새로운 항생제 개발 속도는 매우 느려졌습니다.

 

이번 연구에서는 그동안 거의 탐구되지 않았던 아케아(Archaea)에 주목했습니다. 아케아는 세균처럼 보이지만 진화적으로 전혀 다른 생명 영역에 속하며, 극한 환경에서 살아남기 위해 독특한 항균 전략을 발전시켜 왔습니다.

 

그림. 아케아 단백질 속 항균 펩타이드 탐색
233종 아케아 단백질을 딥러닝 모델 APEX 1.1로 분석해 12,623개의 항균 후보 펩타이드를 발굴했습니다. 원형 그래프는 활성(빨강)과 비활성(파랑) 후보 분포를 보여줍니다.

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🤖 AI가 찾아낸 ‘아케아신(Archaeasins)’

연구팀은 APEX 1.1을 이용해 후보 펩타이드를 선별하고, 그중 80개를 실제로 합성했습니다. 그 결과 93%가 세균 억제 효과를 보였습니다.

 

효과가 입증된 세균에는 대장균(E. coli), 폐렴균(K. pneumoniae), 녹농균(P. aeruginosa), 황색포도상구균(S. aureus), 장구균(Enterococcus spp.) 등이 포함되었으며, 일부는 다제내성균에도 활성을 나타냈습니다.

 

그림. 아케아신의 항균 활성
열 지도(heatmap)를 통해 80개 아케아신이 다양한 병원균에 대해 최소억제농도(MIC) 기준으로 활성을 보였음을 보여줍니다.

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🔗 아케아신의 작용 기전과 시너지

연구에 따르면 아케아신은 주로 세균 세포막의 전위를 붕괴시켜 세포의 항상성을 무너뜨리는 방식으로 작용했습니다. 이는 기존 항균 펩타이드가 외막을 파괴하는 방식과는 차별화되는 점입니다.

 

또한 일부 아케아신은 조합 시 시너지 효과를 나타내, 단일제보다 강력한 항균 효과를 보였습니다. 이는 미래의 병용 항생제 전략으로 응용 가능성이 있습니다.

 

그림. 아케아신 간의 시너지 효과
79쌍의 아케아신 조합을 실험한 결과, Methanocaldococcus·Thermococcus 유래 펩타이드에서 특히 강력한 상승 효과(FICI ≤ 0.5)가 나타났습니다.

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🐭 동물 실험에서의 검증

대표 후보 중 하나인 아케아신-73은 마우스 피부 감염 모델에서 폴리믹신 B와 유사한 수준의 효과를 보였습니다. 이는 다제내성균 감염에도 대응할 수 있는 가능성을 보여줍니다.

 

또한 대부분의 아케아신은 인체 세포에 낮은 독성을 보여 안전성 측면에서도 긍정적인 결과를 얻었습니다.

 

그림. 동물 모델에서의 항균 효과
마우스 피부 감염 모델에서 아케아신-2, 17, 73은 감염 억제 효과를 보였으며, 특히 아케아신-73은 기존 항생제 수준의 효과를 기록했습니다.

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📌 연구의 의의

이번 연구는 인공지능을 활용해 아케아 단백질 속에서 새로운 항생제 자원을 발굴한 최초의 대규모 시도라는 점에서 의미가 큽니다. 아케아는 세균과 전혀 다른 진화 경로를 가진 생명체이므로, 그 속에서 발견된 아케아신은 항생제 내성 위기 시대에 새로운 돌파구가 될 수 있습니다.

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✨ 한줄평

AI와 아케아의 만남은, 항생제 개발의 새로운 지평을 열어주었습니다.

 

참고문헌 : DOI: 10.1038/s41564-025-02061-0