University of Bath, 스테이플드 펩타이드 약물 발굴 위한 박테리아 플랫폼 개발
University of Bath 연구진은 살아 있는 세포 내부에서 수백만 개의 펩타이드를 생산하고 스테이플링하며 시험할 수 있는 박테리아 시스템을 보고했다. **Cell Chemical Biology**에 발표된 이번 연구는 생존 기반 분석법을 이용해 안정적이고 기능적인 펩타이드 후보를 더 빠르고 확장성 있게 선별하는 방법을 제시한다.
Researchers at the University of Bath have developed a new system that uses bacteria to produce, chemically stabilize, and test millions of peptide molecules inside living cells in a single, streamlined process. Published in Cell Chemical Biology, the approach is designed to provide a faster, cleaner, and more scalable way to identify potential therapies for proteins that have long resisted conventional drug development.
펩타이드 치료제는 현재 큰 관심을 받고 있으며, 이미 80개가 넘는 펩타이드 약물이 시장에 출시됐고 수백 개가 추가로 임상 및 전임상 개발 단계에 있다. 펩타이드 기반 치료제의 글로벌 시장은 2028년까지 688억3000만 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다. 그러나 펩타이드는 유망성에도 불구하고 구조적으로 유연한 경우가 많고, 체내 효소에 의해 쉽게 분해되며, 세포 안으로 들어가는 데 어려움을 겪을 수 있어 약물로서의 안정성과 효능이 제한된다.
이러한 과제를 극복하기 위한 한 가지 전략이 펩타이드 스테이플링이다. 이는 펩타이드를 안정된 형태로 화학적으로 고정하는 기술이다. Bath의 시스템에서는 스테이플드 펩타이드를 먼저 합성한 뒤 사후에 화학적 스테이플링을 하는 대신, 살아 있는 박테리아 세포 내부에서 직접 생산한다. 이 시스템은 유전적으로 암호화된 라이브러리(genetically encoded libraries)를 사용하며, 각 세포는 고유한 서열을 생산한다. 또한 박테리아 막을 통과하는 소형 bis-alkylating 분자가 펩타이드에 도입된 한 쌍의 cysteine 잔기와 반응해 스테이플을 형성하고, 살아 있는 세포 내부에서 분자를 고리화한다.
이 접근법은 수백만 개의 후보 분자를 박테리아 내부에서 동시에 생성할 수 있게 해, 전통적으로 펩타이드 약물 개발을 지연시키는 복잡한 다단계 합성과 정제 과정의 필요성을 줄인다. 연구진은 이 생물학적 시스템이 펩타이드 서열과 최적의 구조적 제약 기하를 사실상 동시에 선택한다고 설명했다.
스크리닝 단계에는 Transcription Block Survival (TBS) assay가 사용되며, 이는 펩타이드 활성을 박테리아의 생존과 직접 연결한다. 이 설정에서는 전사인자(transcription factor)가 필수 유전자의 발현을 차단하도록 박테리아를 조작한다. 전사인자가 활성 상태이면 세포는 성장할 수 없지만, 펩타이드가 전사인자를 성공적으로 차단하면 그 억제가 해제돼 세포가 생존한다.
연구진에 따르면 TBS assay는 불안정하거나, 비특이적이거나, 독성이 있거나, 발현이 불량한 서열을 자동으로 걸러낸다. 스크리닝에서 세포 내부 표적과 선택적으로 결합할 수 있으면서 안정적이고 기능적인 펩타이드만이 생존을 통해 농축된다.