| 초록 |
1. 사업목적 □ 한국기초과학지원연구원(KBSI)이 보유한 국가대형연구장비를 활용하여 ‘단백질 3차원 구조기반 통합분석 플랫폼’을 구축하고, 이를 통해 국가적 재난인 신·변종 감염병에 신속하게 대응할 수 있는 기반 마련 2. 사업개요 □ (사업기간) 2022년 ~ 2026년 (5년) □ (총 사업비) 총 10,000백만 원(연 평균 2,000백만 원) 규모 3. 배경 및 필요성 □ 연구개발의 배경 ○ (신·변종 감염병의 출현) 최근 다양한 신·변종 감염병이 발생하고 있으며, 발생 빈도와 규모는 점차 확대되고 있어 전 세계적으로 각국은 조기 대처를 위한 국가 차원의 선제적 대응 방안 마련을 준비 중 - 최근 20년간 신종 바이러스만 30종이 발생하였으며, 코로나 19 바이러스 등 대표적으로 이슈가 된 신·변종 감염병으로 인한 전 세계 사회·경제적 손실액은 6조 4,000억 달러 (약 7,121조 9,200억 원)에 달하는 것으로 매우 심각한 상황 - 국제협력기구 및 주요 선진국은 국가안보 차원에서 감염병을 ‘글로벌 안보 이슈’로 인식하고, 신·변종 감염병 대응을 위한 정책방향 수립 및 과학기술적 해법을 모색 ∙ 미국 등 주요 선진국들은 감염병을 우선투자 분야로 선정하고 관련 연구투자를 지속적으로 강화하고 있으며, 특히, 감염병 R&D와 감염병 대응·관리 체계를 효율적으로 연계하여 운영하는데 중점을 두어 추진 ○ (단백질 3차 구조분석의 중요성 대두) 중국 과학자들이 코로나 19의 유전자 서열을 공유함에 따라, 코로나 19의 백신이 예상보다 빨리 개발될 수 있었던 것으로 분석 ※ 영국 가디언은 코로나19 사태 후 1년도 채 안되어 백신이 나온 것에 대하여 가장 핵심적인 이유로 막대한 개발비 지원을 꼽았으며, 중국의 유전자 서열 공유, 높은 백신 예비 수요, 기존에 축적된 다른 코로나 바이러스 관련 연구 등을 언급 - 이와 같이 신·변종 감염병 제어를 위한 진단, 백신 및 치료제 개발을 위해서는 바이러스의 유전자 정보와 이로부터 만들어지는 감염원 단백질의 특성을 파악하는 것부터 시작 ※ 국내의 경우, 코로나19 발생 초기 바이러스의 유전자 정보가 없어 일반유전자증폭(PCR) 방법을 활용하여 검사를 진행하였으나, 코로나 19의 유전자 정보가 공개되면서 ‘실시간 역전사 중합효소 연쇄반응(Real Time RT-PCR)’을 활용하여 새 검사법을 개발 및 적용함으로써 신속한 진단이 가능하였음 ∙ 또한, 감염병 바이러스의 항원 단백질 및 이와 결합하는 인간 세포 단백질의 기능 및 3차원 구조를 정확하게 분석하는 것은 신약개발에 있어서 매우 중요 ※ 코로나19의 치료제 및 백신의 빠른 개발은 바이러스의 항원 및 감염경로 단백질에 대한 구조 정보가 중요한 역할을 하였음. 현재 단백질 구조기반 연구는 급속한 변이 바이러스에 대응하기 위한 주요 데이터로 사용됨 □ 연구개발의 필요성 ○ (과학기술적 필요성) 신·변종 감염병 조기대응을 위해서는 단백질의 3차 구조를 빠르고 정확하게 분석하는 것이 중요하게 인식되고 있으며, 이를 위해서 국가대형첨단연구 시설·장비를 활용한 초고속 통합분석 플랫폼 구축이 필요 ※ 유럽은 iNEXT 프로그램을 통해 유럽 전역에 센터를 운영하여 EM, X-rays, NMR 등 단백질 3D 구조분석을 위한 최첨단 연구 인프라 및 솔루션을 제공 중 - 현재까지 단백질의 다양한 구조 및 특성에 대한 분석 기술들을 통합하는 연구는 개발단계에 있는 실정이며, 신·변종 감염병에 즉시 대응하기에는 어려운 상황 ※ 기존의 단백질 구조기반 연구들은 X-ray, NMR, Cryo-EM, SAXS 각각의 기술 또는 2가지 기술정도의 융합 등이 대부분이어서 분석에 한계점 존재 ∙ ’28년 오창에 구축될 4세대 방사광가속기 활용의 극대화를 위해서는 가속기의 빔 라인에 연결하여 사용하는 구조생물학 장비의 통합분석 시스템 마련이 필요 ○ 본 과제 완료 후에는 신·변종 감염병에 대응하는 진단기술의 개발은 3개월 이내, 단백질 구조기반 중화항체 및 치료제 원천기술 개발은 1년 이내에 가능할 것으로 기대 - 과거에는 감염병 진단·백신·치료제 개발에 있어서 개별적인 단백질 분석기술을 활용하여 대응하였기 때문에 선제적 대응에 한계점이 있었으며, 코로나 19에 대응하는 중화항체 및 치료제 개발에 1년 이상이 소요되는 문제점 존재 ○ (사회경제적 필요성) 21세기 감염병 창궐로 인한 사망자가 267만명을 넘은 것으로 조사되었으며, 사회적 비용은 총 6조 4,000억 달러(약 7,121조 9,200억원)에 달하는 것으로 조사되어 경제적 피해규모가 매우 심각한 상황 - 향후 기후변화로 인한 전염병의 위험도가 높아지고 있는 만큼 손실의 최소화를 위해서는 관련 인프라 구축 등 체계적인 대응 시스템 마련이 필요하다는 지적 □ 국고지원의 필요성 ○ 감염병 분야는 수요예측이 쉽지 않아 시장성을 확보하기가 매우 어려운 영역으로, 공중보건 측면에서 민간보다 정부의 적극적인 역할이 중요한 영역 - 감염병은 수요예측의 불확실성으로 인해 치료제가 개발되지 않는 경우가 대다수이며, 설사 치료제가 개발되더라도 감염병의 유행이 지나버려 상업성이 없어져 이윤을 남겨야하는 기업의 입장에서는 투자에 부담을 가질 수밖에 없는 상황 ※ 감염병은 해당 병이 창궐하는 시기에만 특허출원이 증가하였다가, 1~2년 후에는 다시 감소하는 경향이 매번 반복되는 특징 존재 ○ 감염병 분야는 신약개발처럼 기초과학의 연구 성과와 밀접한 연계성을 지니므로, 포스트 코로나 시대 대응을 위한 기초역량 강화가 필요 - (기초과학 역량) 한국은 감염병에 대응하기 위한 기초과학 역량이 미국 등 주요 선진국 대비 낮은 수준으로 조사되어 감염병 연구의 기초과학 역량 강화를 위한 정부 지원이 필요 - (과학연계지수) 한국은 과학연계지수가 비교대상국 중 가장 낮은 순위를 기록하여 감염병 진단과 관련된 기초과학과의 연계성이 상대적으로 낮음을 확인 ○ 본 사업의 주요 수행 내용은 신·변종 감염병에 대응하기 위해 KBSI가 보유한 국가 대형연구시설·장비를 활용한 “단백질 3차원 구조기반 통합분석 플랫폼 구축”이므로, 국가가 주도하여 추진하는 것이 타당 □ 사업 추진 근거 ○ 본 사업은 ｢’22년도 국가 연구개발 투자방향 및 기준(안)｣, ｢제4차 과학기술기본계획｣, ｢국가연구시설·장비의 운영·활용 고도화계획｣, ｢제2차 국가 감염병 위기대응 기술개발 추진｣ 등에 근거를 두고 추진 - (국가 R&D 정책) 과학기술기본법 제12조의2 제3항에 따라 수립된 ’22년도 국가 연구개발 투자방향 및 기준(안)의 주요특징으로 코로나19 대응을 위한 기술개발을 최우선적으로 지원 (’21.3.12) - (국가 R&D 계획) ｢제4차 과학기술기본계획｣, ｢국가연구시설·장비의 운영·활용 고도화계획｣, ｢2021년도 과학기술정보통신부 연구개발사업 종합시행계획｣, ｢대형가속기 장기로드맵 및 운영전략｣, ｢제2차 국가 감염병 위기대응 기술개발 추진전략｣의 국가계획에 기반 □ 연구개발 추진체계 ○ 본 사업을 수행하는 KBSI 바이오융합연구부를 중심으로 관련 산·학·연·병원과의 연구 협력 체계를 구축하고, 신·변종 감염병에 대응하는 “단백질 3차 구조기반 초고속 통합분석 플랫폼” 구축을 목표로 국가적 공동활용 융합분석 기술개발을 추진 ○ 국내뿐만 아니라, 국제 공동연구 협력 체계 구축으로 범위를 확장할 계획 【부서 간 융합연구】 - 연구장비운영부 황은하 : 단백질 특성 분석 (CD, SEC-MALS, ITC) - 연구장비운영부 전성훈, 정형섭 : Cryo-EM 단입자 구조분석, Cryo-ED (Electron Diffraction) - 서울센터 남명희 : 단백질 상호작용 분석 (SPR) 【산·학·연 협력 연구】 - 대학 및 연구소 ∙ 전북대의대 감염내과 이창섭 : 감염환자 혈액검체 확보 (IRB) ∙ 서울대의대 조남혁 (메르스 등 감염성 바이러스 전문가, BL3 보유) : 항체 중화능 검증 ∙ 화학연구원, 생명공학연구원 (BL3 보유) : 바이러스 세포실험 ∙ 포항가속기연구소 진경식, KAIST 김승중 (SAXS 전문가) : 용액 상 단백질 SAXS 구조 분석 ∙ 포항가속기연구소 MX (5C, 7A, 11C) 빔라인 활용 ∙ 오송 첨단의료산업 진흥재단 (KBio) 이원규, 최소영 : 항원-항체 결합 분석 - 산업체 연 |
