AI가 찾아낸 펩타이드, 마우스에서 궤양성 대장염 증상 완화

연구진은 기계학습을 이용해 궤양성 대장염에서 염증을 줄이고 장 장벽 기능을 회복하며 마이크로바이옴을 재구성하는 새로운 항균 펩타이드를 확인했다. 지린대학 제1병원 연구진의 이번 연구에서 LR라는 이름의 펩타이드는 항균 활성과 낮은 세포독성 사이에서 가장 바람직한 균형을 보였으며, 대장염 마우스 모델에서 5-aminosalicylic acid와 ciprofloxacin보다 더 강한 효과를 나타냈다.

이번 연구는 펩타이드 예측 모델과 유전 알고리즘을 결합한 기계학습 파이프라인을 구축해 6,000개가 넘는 잠재적 후보의 구조적·물리화학적 특성을 분석했다. 그 결과 유망해 보이는 22개 서열을 추렸고, 이 가운데 5개 펩타이드를 합성해 실험실에서 평가했다.

시험관 내 실험에서 LR는 Escherichia coli와 Staphylococcus aureus를 포함한 병원성 세균에 대해 강한 살균 효과를 보였으며, 다른 후보들과 비교해 독성이 매우 낮고 용혈 활성도 낮아 우수한 생체적합성을 유지했다.

치료 가능성을 평가하기 위해 연구진은 dextran sulphate sodium으로 유도한 대장염 마우스에 LR를 투여했다. 치료 후 체중 감소가 줄었고 질병활성도지수는 개선됐으며 대장 길이 단축도 덜했다. 조직학적 분석에서는 점막 손상이 감소하고 염증세포 침윤도 줄어든 것으로 나타났다.

추가 분석 결과, LR는 염증 반응을 억제했으며 치료 후 tumour necrosis factor-α와 interleukin-6 수치가 현저히 낮아졌다. 이 펩타이드는 또한 타이트 정션 단백질인 ZO-1, claudin-1, occludin의 발현을 증가시켜 상피 장벽 기능이 개선됐음을 시사했다.

분변 마이크로바이오타 시퀀싱 결과, 치료는 대장염 마우스의 미생물 구성을 재편했다. Akkermansia muciniphila의 풍부도는 유의하게 증가했으며, A. muciniphila만을 단독 보충했을 때도 대장염 증상이 부분적으로 완화돼 마이크로바이오타 조절이 LR의 치료 효과에 기여함을 시사했다.

이번 결과는 계산 기반 스크리닝과 실험적 검증을 통합하면 궤양성 대장염에서 항염 활성을 지닌 안정적이고 선택적인 항균 펩타이드를 발굴할 수 있음을 보여준다. 연구진은 장기 안전성과 사람에 대한 적용 가능성을 평가하기 위해서는 추가 연구가 필요하다고 밝혔다.