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과학으로 본 코로나19 (COVID-19)
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[바이오토픽] 인공지능, 잠재적 COVID-19 치료제의 새로운 레시피 제시
의학약학 양병찬 (2020-08-11)

인공지능, 잠재적 COVID-19 치료제의 새로운 레시피 제시

If umifenovir, a broad-spectrum antiviral, can fight COVID-19, then computer-designed synthetic routes could make it easy and cheap to produce.


항바이러스제(remdesivir) 렘데시비르의 경우에서 보는 바와 같이, 과학자들이 코로나바이러스 감염 치료제를 발견함에 따라, 수요가 공급을 초과할 것이 확실시된다. 그런 부족사태를 미연에 방지하기 위해, 연구자들은 인공지능(AI) 소프트웨어를 이용하여 현재 일부 임상시험에 계류되어 있는 약물의 합성경로를 설계하는 새로운 방법을 제안했다. AI가 설계한 새로운 레시피—현재까지 11개 약품에 대해—는 제약사들이 (합성방법이 영업비밀로 철저히 유지되고 있는) 의약품을 생산하는 데 도움을 줄 것으로 보인다. 그리고 새로운 합성방법은 저렴하고 구하기 쉬운 시재료(starting material)를 사용하므로, 면허를 보유한 의약품 공급자는 어떤 유망한 치료제라도 신속하게 대량생산할 수 있을 것으로 보인다.

"만약 당신이 하나의 의약품을 전 세계에 공급할 예정이라면, 당신의 시재료는 설탕처럼 저렴하고 구입하기 쉬워야 한다"라고 머크(Merck)의 화학자 대니얼 슐츠는 말했다. "지난 주 출판전 서버에 업로드된 새 방법은 흠잡을 데 없다. 기존의 약물에 대한 새로운 솔루션이 그렇게 빨리 발견되다니, 정말 감동이다."

특허권은 제약사들에게 통상적으로 20년간에 걸친 독점 공급권을 부여한다. 일단 한 의약품의 특허가 만료되면, 다른 제약사들도 그것을 생산하여 제네릭(generic)으로 판매할 수 있다. 그런데 의약품을 제조하는 방법은 비밀이어서, 설사 특허가 만료된 후라도 경쟁자들을 좌절시키기 십상이다. 그러나 COVID-19가 모든 것을 바꿨다. "우리는 모두 힘을 합치는 시대에 살고 있다"고 슐츠는 말했다.

현재 COVID-19를 물리칠 수 있는 것으로 입증된 의약품은 두 가지—렘데시비르와 덱사메타손(dexamethasone)—뿐이다(참고 1; 한글자료). 그로 인해 두 가지 의약품 모두 공급이 부족하게 되었다. 8월 4일, 미국의 34개 주(州) 법무장관들은 연방당국에 서한을 보내(참고 2), "렘데시비르의 공급이 위험할 정도로 제한되어 있으니, 특허권자인 길리어드 사이언스의 특허권을 위반할 수 있는 권리(march-in right)를 달라"고 촉구했다. 그런 권리가 있으면, 주정부는 제3의 제약사와 손을 잡고 렘데시비르를 추가적으로 공급할 수 있다.

미래의 공급부족 사태를 예방하기 위해, 미시간 대학교의 티모시 체르나크(화학)가 이끄는 연구팀은 「신시아(Synthia)」라는 이름의 상업적인 의약품 합성 프로그램에 눈을 돌렸다. 그 AI 프로그램은 제약사들이 가장 효율적이고 가성비 높은 의약품 합성전략을 발견하도록 도와주는데, 그런 의약품들 중 대부분은 '매우 복잡한 분자'여서 합성방법이 무수히 많다. 그건 마치 한 미술가가 무한한 붓질 조합(infinite combinations of strokes)을 통해 동일한 풍경화를 완성할 수 있는 것과 같다. "하나의 약물을 생산하는 옵션의 개수는, 인간의 이해능력을 초월한다"라고 체르나크는 말했다.

연구팀은 연구 및 특허 문헌을 샅샅이 뒤져, 현재 COVID-19 치료제의 가능성을 타진받고 있는 12개 의약품(렘데시비르 포함)의 합성방법을 알아냈다. 다음으로, 그들은 「신시아」에게 새로운 합성 솔루션을 찾아 달라고 의뢰했다. 단, 그들은 "저렴하고 풍부한 시재료를 사용해야 하고, 값비싼 촉매나 장비를 사용해서는 안 되며, 킬로그램 규모의 의약품을 생산할 수 있어야 한다"는 단서를 달았다.

그리하여 「신시아」는 12개 의약품 중 11개에 대한 새로운 솔루션을 찾아냈는데, 그중에는 제네릭 항바이러스제인 우미페노비르(umifenovir; 아비돌)와 파비피라비르(favipiravir; 아비간)가 포함되어 있다. 이상의 연구 결과는 지난주, 동료심사를 받지 않는 출판전 서버 《ChemRxiv》에 업로드되었다(참고 3). 예컨대, 「신시아」는 우미페노비르의 합성방법을 네 가지 제시했는데, 그중 하나는 현재 사용되고 있는 것보다 저렴한 시재료를 사용할 수 있다. "똑같은 금액을 갖고서고, 우리는 상이한 시재료로부터 그런 약품들을 만들 수 있다"고 체르낙은 말했다. 연구팀이 솔루션을 찾아내지 못한 의약품은 단 하나—렘데시비르다. 아쉽게도, 「신시아」는 길리어드와 다른 방법으로 렘데시비르를 만드는 솔루션을 제시하지 못했다.

연구팀은 새로운 합성경로 모두에 대해 특허를 출원했다. 그러나 그들의 목표는 돈을 버는 게 아니다. 그 대신, 그들은 자신들의 제조방법을 하나 이상의 제약사에게 라이센싱함으로써 ‘충분한 물량’과 ‘저렴한 가격’을 보장받고 싶어 한다.

"이제 남은 것은, 11개의 의약품 중에서 임상시험을 통해 효능을 인정받는 게 있기를 바라며 기다리는 것이다"라고 체르낙은 말했다.
 

※ 참고문헌
1. https://www.sciencemag.org/news/2020/06/cheap-steroid-first-drug-shown-reduce-death-covid-19-patients (한글자료 https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=318362&SOURCE=6)
2. https://www.oag.ca.gov/system/files/attachments/press-docs/Remdesivir%20Letter%2020200804.pdf
3. https://chemrxiv.org/articles/preprint/Reinforcing_the_Supply_Chain_of_COVID-19_Therapeutics_with_Expert-Coded_Retrosynthetic_Software/12765410

※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2020/08/ai-invents-new-recipes-potential-covid-19-drugs

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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