로봇·빛 활용한 24시간 신약 합성, 어디까지 자동화했나

KAIST 연구팀이 원료 준비부터 합성물 분석까지 연결한 ‘24시간 무인 합성 플랫폼’을 개발했다.

박윤수 화학과 교수팀의 연구 결과는 10월 18일 국제학술지 ‘JACS Au’에 온라인 게재됐다.

AI가 약 후보 분자를 설계해도 실제 물질을 만드는 과정이 느리면 후보를 시험하는 속도도 더디다는 문제를 겨냥했다.

플랫폼에는 원료 준비 로봇과 자동화 펌프, 가시광선을 쪼이는 반응 장치, 분석 장비가 연결돼 있다.

연구원이 장비를 준비하고 반응 조건을 설정하면 로봇이 원료를 배합하고, 펌프가 용액을 가느다란 관으로 일정하게 흘려보낸다.

관에 빛을 비춰 반응을 일으킨 뒤에는 용액이 분석 장비로 자동 전달돼 원하는 물질이 만들어졌는지와 생성량을 확인한다.

사람이 반응마다 용액을 옮겨 측정하지 않아도 되는 구조다.

핵심 공정은 원료를 계속 공급하며 반응시키는 ‘연속 흐름 공정’이다.

재료를 한꺼번에 넣는 큰 용기와 달리, 가느다란 관에서는 빛을 용액에 고르게 전달하기 쉽다.

같은 공정을 오래 가동해 생산량을 늘릴 수 있다는 장점도 있다.

다만 연구원이 처음에 장비와 조건을 설정한다는 점에서, 연구 설계까지 기계가 모두 맡는 방식은 아니다.

연구팀은 성능을 확인하기 위해 퓨란의 뼈대는 유지하면서 특정 원자만 바꾸는 ‘단일원자 편집 반응’을 시험했다.

20종 이상의 퓨란 계열 물질에 적용했고, 구조가 복잡한 천연물에서도 원하는 부분을 바꿨다.

의약품 개발에 쓰이는 분자의 기본 골격인 ‘N-메틸 피롤’도 연속 공정으로 합성했다.

신약 후보를 찾으려면 구조가 조금씩 다른 물질을 만들어 치료 대상 단백질과의 결합력이나 독성을 비교해야 한다.

이번 기술은 이런 비교에 필요한 물질을 더 효율적으로 확보하는 데 쓰일 수 있다.

박 교수는 반응 조건을 수치화하고 재현할 수 있게 한 점이 유기 합성 자동화의 기반이라고 설명했다.