Anthropic, Claude 설계 전갈 독소 결합 단백질 17개 실험실서 확인

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Anthropic은 내부 Claude 연구 모델로 전갈 신경독소에 결합하는 미니바인더를 설계하고, 후보 211개를 실험실에서 시험해 17개가 결합 기준을 통과했다고 밝혔습니다. 17개는 각각 한 종류의 독소에 결합했습니다. 전갈 독의 작용을 세포에서 막는지, 동물에게서 효능을 보이는지는 시험하지 않았습니다. 현재 확인된 단계는 독소 결합 후보를 선별한 데까지입니다.

이번 작업은 금융 투자 리서치 회사 Citrini Research가 Anthropic에 던진 질문에서 시작했습니다. AI가 보건 문제를 다루려는 비전문가 집단을 도울 수 있느냐는 질문이었습니다. Anthropic의 생명과학 연구팀은 Claude와 문제를 논의한 뒤 전갈 독소를 표적으로 골랐습니다. 전갈 항독소는 동물에 독을 주입해 항체를 얻는 방식으로 만들며, 생산에 수개월이 걸리고 비용이 많이 듭니다. 기존 항독소가 효과를 보이는 독소의 범위도 대체로 제한적입니다.

전갈 독의 신경독소는 신경세포막의 나트륨 통로에 붙어 신경 신호를 교란합니다. 미니바인더는 표적에 결합하는 작은 단백질입니다. 독소가 나트륨 통로에 붙는 부위를 가리는 단백질을 만들면 독소의 작용을 막을 가능성이 있다는 것이 설계의 원리입니다. Anthropic은 멕시코, 브라질, 북아프리카, 중동 지역의 전갈에서 나온 다섯 독소를 겨냥했습니다. 각 독소만 겨냥하는 설계뿐 아니라 두세 독소, 다섯 독소를 함께 겨냥하는 설계도 시도했습니다. 여러 독소에 결합하는 분자를 만들면 치료에 필요한 단백질 종류를 줄일 수 있다는 구상입니다.

Claude는 초기 지시를 받은 뒤 64시간 동안 주로 자율적으로 작업했고, 연구팀은 네 차례 후속 요청으로 작업을 이어갔습니다. Anthropic은 표적과 사용할 단백질 설계 도구, 신규성·점수화·필터링 규칙을 제시했습니다. Claude는 단백질 구조와 결합 부위를 고르고 설계별 통과 기준과 도구 사용 방식을 정했습니다. 12개 설계 도구를 이용해 318,484개 후보를 만들고 553,052개 설계-독소 조합을 선별해 최종 180개를 골랐습니다. 연구팀은 이후 Claude의 도움으로 31개를 추가했습니다.

Adaptyv Bio와 Twist Bioscience는 211개 후보를 각각 실험실에서 만들고 결합을 측정했습니다. Adaptyv Bio는 세포에서 분리한 단백질 합성 체계를 썼고, Twist Bioscience는 사람 신장 세포에서 항체 일부와 결합한 형태로 단백질을 만들었습니다. 두 기관은 표면 플라스몬 공명법으로 독소가 후보에 붙고 떨어지는 과정을 측정했습니다. 이때 KD라는 값으로 결합력을 나타내며, 값이 낮을수록 더 강하게 결합합니다. Anthropic은 두 실험실의 모든 반복 측정에서 결합 신호가 나오고, 각 KD가 1마이크로몰 이하이며, 무관한 사람 단백질 CLEC12A에는 신호가 없을 때만 후보를 결합체로 분류했습니다.

이 기준을 통과한 17개는 Cn2 독소 표적 7개, AaH II 표적 4개, AaH I 표적 4개, LqhIII 표적 2개였습니다. 다섯 표적 가운데 Ts1에 결합 기준을 통과한 후보는 없었습니다. 단일 독소만 겨냥해 설계한 60개 중에서는 11개가 기준을 통과했습니다. 여러 독소를 겨냥한 설계에서는 한 분자가 두 종류 이상에 기준을 충족할 만큼 결합하지 못했습니다. 따라서 17개라는 결과는 넓은 범위의 독을 막는 단일 해독 성분을 찾았다는 뜻이 아니라, 네 독소에 각각 결합하는 후보를 확인했다는 뜻입니다.

가장 강한 후보인 Cn2-B1과 Cn2-B2는 두 실험실에서 Cn2에 한 자릿수 나노몰 수준의 KD를 보였습니다. 경쟁 실험에서는 이 후보들이 Cn2를 중화하는 것으로 보고된 항체 LR과 같거나 가까운 부위에 결합할 가능성이 나타났습니다. Anthropic은 이를 중화 가능성을 뒷받침하는 단서로 제시했지만, 두 후보가 실제로 독소 작용을 막는지는 시험하지 않았습니다.

시험 대상도 실험실에서 만든 재조합 독소였습니다. 독에서 정제한 독소에 후보가 결합하는지, 세포의 나트륨 통로가 독소의 영향을 받지 않도록 막는지, 동물에서 생존을 보호하는지 확인하는 단계가 남았습니다. Anthropic은 Cn2-B1을 치료제로 발전시킨다면 먼저 독에서 정제한 독소와의 결합을 확인하고, 세포 실험에서 나트륨 통로의 전류를 측정한 뒤 쥐에서 보호 효과를 시험하는 순서를 제시했습니다. 안전성, 안정성, 비용과 환자에게 공급하는 문제도 별도로 다뤄야 합니다. Anthropic은 후속 연구에 쓰도록 211개 설계와 구조 예측, 점수, 실험 데이터를 공개한다고 밝혔습니다.

자료: Anthropic / 정리·해설: Trawling