DNA-암호화 라이브러리(DEL) 기술: 신약 개발을 혁신하는 차세대 플랫폼

DNA는 어떻게 신약 개발을 가속화하는가?

---

DNA는 단순한 유전정보의 저장소가 아니라, 이제는 분자 수준의 스크리닝 도구로 활용되는 시대에 접어들었습니다. 특히 DNA-암호화 라이브러리(DNA-encoded library, DEL) 기술은 수억 개의 화합물을 동시에 탐색할 수 있는 혁신적 방법으로, 기존 신약 개발 플랫폼의 속도와 효율성을 획기적으로 향상시키고 있습니다. 본 글에서는 DEL 기술의 원리, 장점과 한계, 그리고 최신 발전 동향을 기반으로 DNA 기반 분자 인식 기술이 신약 개발의 판도를 어떻게 바꾸고 있는지 집중 조명합니다.

---

DEL 기술의 작동 원리: DNA 태그로 정보를 ‘암호화’하다

DEL은 각 화합물에 고유한 DNA 서열 태그를 연결하여, 이 서열을 통해 화합물의 합성 경로와 구조를 저장합니다. DEL 합성은 일반적으로 split-and-pool 방식으로 수행되며, 이 방식을 통해 수십만에서 수억 개의 고유 화합물 조합을 극소량으로 생성할 수 있습니다.

 

예를 들어, 네 개의 치환 부위에 각기 100종의 빌딩 블록을 도입하면 총 1억 개의 화합물이 생성되며, 이 과정에서 각 단계마다 해당 빌딩 블록을 식별할 수 있는 DNA 조각이 순차적으로 부착됩니다.

이후 이 화합물-태그 복합체는 표적 단백질과 반응시켜 결합력을 테스트하며, 결합된 화합물만 분리하여 그에 연결된 DNA를 PCR과 NGS로 분석함으로써 화합물의 구조를 신속하게 판별할 수 있습니다.

---

DEL 기술의 주요 장점: 비용과 시간 절감의 혁신

DEL이 기존의 하이쓰루풋 스크리닝(HTS)보다 월등한 이유는 다음과 같은 강점에 있습니다.

• 초거대 분자 라이브러리의 극소량 실험 가능성
• 수백만~수억 개 화합물을 동시에 탐색
• PCR 및 염기서열 분석을 통한 빠른 결과 확인
• 표적 기반 스크리닝을 통한 생체 적합성 높은 리간드 선별

이러한 특징은 신약 개발의 초기 히트 발굴 단계에서 시간과 비용을 크게 절감할 수 있도록 합니다. 실제로 글로벌 제약사들은 DEL을 통해 기존보다 훨씬 많은 후보물질을 탐색하고, 고친화성 리간드 확보에 성공하고 있습니다.

---

DEL 기술의 한계: DNA의 화학적 제약

그럼에도 불구하고 DEL 기술은 다음과 같은 제약을 지닙니다.

• DNA의 화학적 불안정성
  DNA는 수용액에서는 비교적 안정하지만, 산·염기 조건, 고온, 유기용매 환경에서는 쉽게 손상됩니다. 이로 인해 사용 가능한 화학 반응의 종류가 제한적입니다.
• 화합물 골격의 다양성 부족
  DNA가 손상되지 않는 조건에서만 합성이 가능하므로, 기존 유기화학에서 개발된 반응성 높은 구조는 DEL에 적용하기 어렵습니다.

이러한 제약은 DEL 기반 신약 후보물질의 구조적 다양성을 제한하며, 일부 표적 단백질에 대한 탐색 효율을 낮출 수 있습니다.

---

차세대 DEL 기술: 나노입자와 PNA의 등장

DEL 기술의 한계를 극복하기 위해 최근 다음과 같은 신세대 플랫폼들이 개발되고 있습니다.

기술 핵심 특징 장점

나노입자 기반 DEL	나노입자 표면에 DNA와 화합물을 고정	유기용매 조건에서의 합성 가능, 반응 다양성 확대
PNA-DEL	DNA 대신 PNA(펩타이드 핵산) 사용	화학적 안정성 우수, 극한 조건에서도 사용 가능

 

PNA(펩타이드 핵산)는 천연 DNA보다 강한 내열성과 내화학성을 가지며, DNA와 상보적으로 결합하지만 PCR 증폭이 되지 않는 단점이 있습니다. 이를 해결하기 위해 PNA와 DNA를 하이브리드로 사용하는 PNA-DNA 이중 암호화 전략이 고안되고 있으며, 실제 응용 가능성도 빠르게 확장되고 있습니다.

---

DEL의 실제 적용 사례: 신약 파이프라인에서의 전환점

DEL 기술은 신약 개발에서 다음과 같은 방식으로 실질적인 기여를 하고 있습니다.

• 히트 화합물의 고속 탐색
  대규모 DEL 라이브러리를 단백질 표적에 노출시켜 수십~수백 개의 후보 리간드를 단기간에 확보할 수 있습니다.
• 임상 후보 도출 가속화
  실제로 DEL 기반으로 발굴된 화합물이 전임상과 임상 1상에 진입한 사례도 있으며, AI 기반 약물설계와의 결합으로 후보 선정 정확도도 상승하고 있습니다.
• 기존 타깃 외 탐색
  GPCR, 단백질-단백질 상호작용(PPI), 항암제 표적 등 기존 HTS에서 어려웠던 표적에도 적용 가능합니다.

DEL은 특히 희귀질환, 감염병, 면역조절제 등 정밀 의약품 분야에서 핵심적인 기술로 자리잡고 있습니다.

---

DEL의 미래 전망: 자동화, AI, 맞춤의약으로의 확장

DEL 기술은 앞으로 다음과 같은 방향으로 진화할 것으로 예상됩니다.

• AI 기반 설계의 통합: 머신러닝 모델을 통해 결합력 예측 및 라이브러리 최적화
• 자동화 합성 플랫폼 구축: 로봇 시스템과 결합하여 대량 라이브러리 자동 구축
• 맞춤형 DEL 플랫폼: 환자별 단백질 특이성에 기반한 개인 맞춤형 신약 개발

또한 DEL은 단순한 소분자를 넘어, 펩타이드, 리보핵산, 비천연 구조체, 나노분자 등 다양한 화학 구조체로 확장되고 있어, ‘범용 분자 탐색 플랫폼’으로 진화 중입니다.

---

결론: DEL은 DNA와 신약 개발이 만나는 가장 혁신적인 기술이다

DNA-암호화 라이브러리(DEL) 기술은 DNA의 정보 저장 기능을 활용하여 초고속, 고효율 분자 탐색을 실현한 획기적인 플랫폼입니다. DEL은 단순한 화학 기술이 아니라, 신약 개발의 구조와 전략을 근본적으로 재정의하는 생명공학의 미래 도구입니다.

DNA가 단지 유전 정보의 전달자로 여겨지던 시대는 지나갔습니다. 이제 DNA는 분자 인식, 고속 탐색, 구조 해독의 열쇠로, 신약 개발과 정밀의학의 핵심 축이 되고 있습니다.

DEL 기술은 향후 AI, 자동화, 신소재 기술과 융합되며, 다양한 질환 영역에서 더 빠르고 정확한 치료제 개발을 가능하게 할 것입니다.