프로테아제 설계, 100억 배 가속 — 베이커팀 성과는 약값도 바꿀까

프로테아제는 단백질을 이루는 아미노산 사이의 연결을 끊는 효소입니다. 이번에는 자연 효소를 조금 고치는 데 그치지 않고, 처음부터 설계하는 de novo 방식으로 접근했습니다. 독자에게 중요한 질문은 두 가지입니다. 원하는 단백질만 충분히 잘 자를 수 있는지, 그리고 그 능력을 검증하고 생산하는 데 얼마가 드는지입니다.

베이커·천·우, 두 논문을 나눠 쓴 사람들

베이커가 이끄는 IPD는 계산으로 단백질 구조와 기능을 설계해 온 연구 공동체입니다. 이번 금속 프로테아제 논문은 천과 우가 공동 제1저자이며, 우·ETH 취리히의 도널드 힐버트·베이커가 교신저자입니다. 천과 우는 설계한 단백질을 제작하고 특성을 분석하는 과정에도 직접 참여했습니다. 출처: Nature · 저자 기여

같은 날 나온 시스테인 프로테아제 논문에서는 제1저자 Hojae Choi가 설계와 특성 분석을 맡았습니다. 새뮤얼 펠록(Samuel J. Pellock)은 계산 파이프라인 개발과 연구 감독에 참여했습니다. 베이커 한 사람의 성과로 읽기보다, 계산 모델을 만드는 사람과 효소를 실제로 시험하는 사람들이 함께 풀어낸 문제로 보는 편이 정확합니다. 출처: Nature · Choi et al.

연구의 흐름도 이어져 있습니다. 천과 우의 금속 프로테아제 연구는 2025년 프리프린트에서 먼저 공개됐고, 이번 Nature 최종판에는 후속 개선과 응용이 담겼습니다. 따라서 작년 공개본의 수치만 가져오면 이번 발표의 범위를 놓칠 수 있습니다. 출처: 2025 프리프린트 · 선행 버전

프로테아제 설계가 어려웠던 이유: 붙잡은 다음이 문제입니다

단백질에 달라붙는 것과 연결을 끊는 것은 다른 일입니다. 절단하려면 반응에 참여하는 원자들을 알맞게 배치하고, 움직이는 표적을 그 자리에 머물게 해야 합니다. 천과 우는 아연 이온으로 물이 반응하기 쉬운 환경을 만들고, 그 옆에 표적을 붙잡는 공간을 설계했습니다. Choi는 시스테인이라는 아미노산을 반응의 중심에 두는 다른 경로를 택했습니다. 출처: UW Medicine · 두 촉매 경로

RFdiffusion은 조건에 맞는 단백질 구조 후보를 만드는 생성형 설계 도구입니다. 이 도구가 내놓은 후보는 곧바로 제품이 되지 않습니다. 서열을 정하고, 실제 단백질을 만들고, 어떤 연결이 끊어졌는지 측정해야 합니다. 컴퓨터에서 좋아 보이는 구조와 생산 현장에서 쓸 수 있는 효소 사이에는 이 실험 과정이 놓여 있습니다. 출처: 프리프린트 · 설계·실험 방법

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   절단 목표

   표적과 반응 위치 지정

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   구조·서열 설계

   RFdiffusion 등으로 후보 생성

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   제작·활성 시험

   실제 절단 위치·활성 확인

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   응용별 검증

   선택성·안정성·생산성 평가 필요

이 접근의 공학적 의미는 제품에 맞춰 절단 위치를 정할 여지가 커졌다는 데 있습니다. 기존 효소가 잘라 주는 서열에 제품을 맞추던 공정이라면, 제품에 적합한 효소를 따로 만드는 선택지가 생깁니다. 다만 표적이 바뀔 때마다 같은 성공률이 유지되는지는 별도로 확인해야 합니다.

100억 배 가속, 무엇과 비교한 숫자일까요

천과 우의 금속 효소는 초기 최고 설계에서 1억 배를 넘는 가속을 보였고, 아미노산 네 곳을 바꾼 뒤에는 100억 배를 넘었습니다. 비교 대상은 효소가 없는 반응입니다. 별도의 질병 관련 표적용 설계에서는 최대 10억 배 가속을 보고했습니다. 이 숫자를 기존 상용 효소보다 빠른 배수나 약효 증가율로 읽으면 안 됩니다. 출처: Nature · 최종 초록

초기 후보 시험에서는 금속 설계 135개 중 36%가 활성을 보였습니다. Choi의 시스테인 설계는 69개 중 13개, 약 19%였습니다. 서로 다른 설계와 시험이므로 어느 방식이 우월한지 가르는 순위표는 아닙니다. 아래 그림은 실제로 만들어 시험한 후보 가운데 활성을 확인한 비중만 보여 줍니다. 출처: Nature · 시스테인 초록; 금속 수치는 앞 문단 원문

경제적으로는 성공 후보 하나를 얻는 데 드는 비용이 관심사입니다. 합성·배양·분석비를 들여 시험했는데 활성이 없다면 그 비용도 개발비에 들어갑니다. 반대로 활성이 확인돼도 보관 중 쉽게 변하거나 다른 단백질까지 자르면 추가 개발이 필요합니다. 36%라는 실험 성공률을 임상 성공 확률이나 개발비 36% 절감으로 바꿀 수 없는 이유입니다.

가속 배수보다 구매자가 보고 싶은 숫자는 따로 있습니다. 정해진 양의 원료를 처리하는 데 필요한 효소량, 반응 시간, 회수 가능한 완제품의 양입니다. 베이커팀의 성과는 이런 최적화를 시도할 출발점을 넓혔지만, 논문이 공장 원가표까지 제시한 것은 아닙니다.

TDP-43·Aβ를 잘랐다는 결과, 치료까지는 몇 단계 남았습니다

천과 우의 논문은 TDP-43 전장 단백질의 시험관 내 절단과 Aβ 유래 펩타이드에 대한 절단 실험을 제시합니다. TDP-43는 정상 기능도 있는 단백질이며, Aβ는 알츠하이머병과 관련된 아밀로이드 베타입니다. 특정 시료를 절단했다는 결과를 환자의 뇌에서 병적 침착물이 제거됐다는 뜻으로 넓혀서는 안 됩니다. 출처: Nature · Extended Data 8–9

Choi는 설계한 시스테인 효소가 배양 포유류 세포 안에서 표적을 자르는 것도 확인했습니다. 이 결과는 살아 있는 세포 환경으로 한 걸음 들어간 증거입니다. 그러나 배양 접시에서의 작동과 환자에게 투여했을 때의 전달·안전성은 별개의 질문입니다. 출처: Nature · 배양 세포 결과

치료용으로 검토한다면 정상 단백질을 얼마나 보존하는지, 잘린 조각은 어떤 영향을 주는지, 필요한 조직에 충분히 도달하는지를 차례로 봐야 합니다. 이 조건이 충족돼 적은 투여량으로 효과가 난다면 생산·투여 부담이 줄 수 있습니다. 현재 확인된 비용 절감이 아니라, 앞으로 시험할 경제적 경로입니다.

그래서 이번 성과를 항체·소분자를 대체할 ‘세 번째 치료 모달리티’로 확정하는 것은 이릅니다. 모달리티는 약이 작동하는 방식의 범주를 뜻합니다. 베이커팀이 넓힌 것은 표적을 자르는 설계 선택지이며, 기존 치료를 얼마나 대체할지는 질환별 임상 결과와 전체 치료비가 결정합니다.

약의 작동 스위치까지 설계하면 생기는 시장

산업적으로 흥미로운 대목은 조건부 활성화입니다. 사이토카인은 세포에 신호를 전달하는 단백질입니다. 케이지드 사이토카인은 그 작용을 가려 두었다가 특정 절단이 일어나면 활성화하도록 만든 형태입니다. 금속 논문에서 Hojeong Shin은 이 활성화 실험을 설계하고 수행했습니다. 출처: Nature · 조건부 활성화·저자 기여

맞춤 효소와 그 효소가 자르는 연결부를 함께 설계하면, 몸속 다른 반응과 간섭을 줄이면서 작동을 제어하는 것을 목표로 삼을 수 있습니다. 이런 선택적 제어를 바이오오르토고날 제어라고 부릅니다. 다만 맞춤 효소라는 이유만으로 종양에만 도착하는 것은 아닙니다. 효소가 어디에 가고 얼마나 오래 남는지도 함께 설계해야 합니다.

인접 시장에는 이미 자금이 들어갔습니다. AbbVie와 Xilio는 2025년 2월 종양에서 활성화되는 면역치료제 개발 제휴를 발표했습니다. 총 선급 지급 5,200만 달러에는 지분투자 1,000만 달러가 포함됩니다. 이는 베이커팀 기술의 계약이나 매출이 아니라, 조건부 활성화에 제약사가 투자한 사례입니다. 출처: AbbVie · 2025-02-12

Xilio가 설명하는 기존 접근은 종양의 프로테아제로 약물의 마스크를 제거하는 방식입니다. 천과 우의 연구를 사업화한다면 절단 효소까지 맞춤으로 정하는 방향을 검토할 수 있습니다. 제어할 요소가 늘지만, 함께 검증해야 할 요소도 늘어납니다. 두 접근의 비용 우열은 아직 정해져 있지 않습니다. 출처: Xilio · 작동 방식

사업 모델도 효소 한 병 판매에만 머물 필요는 없습니다. 특정 약물에 맞는 절단 서열과 효소를 함께 개발하고, 시험법까지 제공하는 계약이 가능하다는 것이 이 글의 해석입니다. 제약사는 작동을 조절할 선택지를 얻고, 개발사는 설계·검증 서비스를 판매할 수 있습니다. 단, 이를 실제 시장 규모나 확정 수주로 계산할 근거는 아직 없습니다.

한국 CDMO가 따져야 할 비용은 배양조 밖에도 있습니다

CDMO는 다른 회사의 의약품 개발과 생산을 맡는 기업입니다. 한국의 생산 기반을 보여 주는 사례로, 삼성바이오로직스는 2025년 5월 공식 자료에서 4월 문을 연 5공장이 18만 리터를 추가했다고 설명했습니다. 이는 당시 설비 투자 사실입니다. 그 설비가 천과 우의 효소에 바로 적합하다거나 관련 계약을 맺었다는 의미는 아닙니다. 출처: 삼성바이오로직스 · 2025-05-16

베이커팀 효소를 생산 공정에 쓴다고 가정해 보겠습니다. 원하는 연결만 잘라 정제 과정의 손실을 줄이면 같은 배치에서 판매 가능한 제품을 더 얻을 수 있습니다. 반응 시간이 짧아지면 설비를 더 자주 돌릴 여지도 있습니다. 연구용 단백질이나 고부가가치 공정 보조재가 초기 사업 후보가 될 수 있다는 추론은 여기에서 나옵니다.

반대편 비용도 있습니다. 반응 뒤 남은 효소를 제거해야 하거나, 제품을 더 자르지 못하도록 반응을 확실히 멈춰야 한다면 정제 단계가 늘 수 있습니다. 효소 자체의 생산 수율이 낮으면 절단 공정의 이익을 앞단에서 잃습니다. 공정용 효소와 환자에게 직접 투여하는 효소는 필요한 품질·안전성 검증도 같지 않습니다.

비용을 단순화하면 ‘한 배치의 배양·정제·검사·폐기 비용을 합한 금액 ÷ 판매 가능한 제품량’으로 볼 수 있습니다. 이 계산은 전망을 점검하는 틀이며 논문에서 측정한 공식이 아닙니다. 효소 가격이 올라도 제품 손실이 크게 줄면 이득일 수 있고, 반응이 빨라도 검사비가 더 늘면 손해일 수 있습니다.

1. 1
   가능한 이익

   제품 손실·반응 시간 감소

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   추가 비용

   효소 제조·제거·활성 검사

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   최종 비교

   같은 품질의 판매 가능 제품당 비용

품질검사에서는 양과 기능을 따로 봐야 합니다. ICH Q6B는 단백질의 양과 생물학적 활성을 구분합니다. 이를 맞춤 프로테아제에 적용해 생각하면, 단백질이 얼마나 들어 있는지에 더해 원하는 절단 능력이 배치마다 유지되는지 확인하는 일이 중요해집니다. 출처: ICH Q6B · 역가와 양

특히 효소와 케이지드 약물을 한 치료에 쓴다면 각각의 품질뿐 아니라 둘을 만났을 때의 작동도 확인해야 할 수 있습니다. GMP, 즉 의약품을 일관된 품질로 생산·관리하는 체계 안에서 이런 시험법을 개발하는 비용이 생깁니다. 한국 기업의 기회는 배양 용량뿐 아니라, 설계가 바뀌어도 믿을 수 있는 분석·정제 공정을 얼마나 빨리 확립하느냐에 달려 있다는 판단입니다.

단백질 분석 도구를 다룬 이전 MassNet 글과도 이 지점에서 연결됩니다. 설계 후보가 늘수록 실제 기능과 원치 않는 절단을 확인할 분석 역량이 중요해집니다. 관련: MassNet · 단백질 분석과 검증비

체내 CAR-NK 제조를 다룬 글에서는 제조 장소가 바뀔 때 비용이 어떻게 이동하는지 살폈습니다. 이번 프로테아제 설계도 공정 한 단계를 줄였다는 사실만으로 전체 치료비가 내려간다고 판단할 수는 없습니다. 관련: CAR-NK · 제조와 품질검사 비용

다음 성과는 가속 배수보다 반복 생산에서 나옵니다

천·우·Choi가 보여 준 성과의 중심은 단백질을 자르는 기능을 설계하고 실험으로 확인했다는 점입니다. 다음 판단에는 다른 표적에서도 설계가 통하는지, 복잡한 시료에서 원치 않는 절단이 적은지, 배치를 키워도 같은 활성을 유지하는지가 중요합니다. 치료제로 간다면 여기에 전달과 안전성·효능의 증거가 더해져야 합니다.

산업 대체도 이 순서로 볼 필요가 있습니다. 당장 항체 생산 공장이 사라지는 그림보다, 일부 연구용 시약과 정밀 절단 공정에서 새로운 공급자가 들어오는 그림이 더 구체적인 가설입니다. 기존 효소가 충분히 싸고 잘 작동하는 곳에서는 교체 이유가 약합니다. 기존 효소로는 만들기 어려웠던 제품을 가능하게 하는 곳에서 새 시장이 먼저 열릴 수 있습니다.

베이커팀의 100억 배 가속은 인상적인 화학적 성과입니다. 사업의 성패는 그 숫자를 제품 하나의 회수율, 배치 하나의 합격률, 환자 한 명의 치료 결과로 옮길 수 있는지에 달려 있습니다. 이 연결이 확인될 때 비로소 설계 가능한 절단이 경제적 가치로 바뀝니다. 이 글은 연구 결과와 비용 구조를 해석한 기록이며, 언급한 기업 주식의 매수·매도 추천이 아닙니다.

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맞춤 절단의 경제성은 같은 품질의 제품을 만들고 검증하는 총비용으로 판단해야 합니다.

출처와 참고 링크

• Chen·Wu et al., Computational design of metalloproteases, Nature (2026-10-14)
• Choi et al., De novo design of cysteine proteases, Nature (2026-10-14)
• UW Medicine, Molecular scissors open path to new therapies (2026-10-14)
• AbbVie–Xilio collaboration announcement (2025-02-12)
• Xilio Therapeutics: tumor-selective activation platform
• Samsung Biologics, Plant 5: Re-shaping biopharma operations (2025-05-16)
• FDA, ICH Q6B specifications guidance
• EMA, ICH Q6B
• Chen et al., 2025 preprint in PMC