약은 왜 그렇게 자주 우연히 발견됐을까?

1928년 영국 세균학자 알렉산더 플레밍은 세균 배양 접시를 정리하다가 한 접시에서 푸른곰팡이가 주변 세균을 녹이고 있는 장면을 우연히 발견했다. 말하자면 “푸른곰팡이가 아래층에서 날아 올라와 위층 연구실의 우연히 열려 있던 창문으로 들어오고, 마침 실수로 뚜껑이 열려 있던 샬레에 살포시 내려앉아 따뜻한 8월의 런던 햇살 아래 무럭무럭 성장하며 다른 균을 죽인 것”이다. 그는 이 곰팡이에서 나온 물질이 박테리아를 죽인다는 사실을 밝혀냈고, 이 이야기가 바로 페니실린의 시작이었다. 그는 이 공로로 17년이 지난 1945년에 노벨상을 수상했다. 세렌디피티의 정수라 할 만하다. 타이레놀과 디기탈리스도 그랬다.
이런 사례가 너무 유명해서인지 우리는 종종 의약품 개발을 ‘우연한 발견’이라고 생각하게 된다. 아닌 게 아니라 과거에는 실제로도 그러했다.

이유는 크게 두 가지다. 먼저 과거에는 의약품을 개발하는 방법이 효율적이지 않았다. 주기율표가 1869년에 등장했고, DNA는 1953년에야 그 구조가 밝혀졌으니 말이다. 또 다른 이유는 자연의 힘이 그만큼 강력하다는 것이다. 자연이 주는 선물은 대부분 우연한 기회에 찾아왔다.

본격적으로 약을 ‘조각’하려고 ‘노력’하다

그러나 우연은 완전하지 않다. 기적이 나타날 때까지 무작정 기다리는 건 인류의 본성과 들어맞지 않는다. 인간은 늘 아팠고, 약이 필요했으며, 그 절실한 욕망이 의약품을 ‘개발’하는 동력이 됐다.

이 책은 신약 개발의 최전선에서 활동하는 과학자가 새로운 약이 창조되어온 과정을 생생하게 소개하는 책이다. 저자는 신약을 개발하는 화학자들은 “분자를 조각하는 현대의 연금술사”라고 칭한다. 조각가 미켈란젤로가 대리석을 깎아 피에타상을 조각했던 것처럼, 분자 조각가들은 화합물에 탄소·수소·산소 같은 원자를 붙이거나 제거하고, 커다란 분자를 연결해 형태를 만든다. 다만 최종 목적은 다르다. 분자 조각가들의 목표는 아름다움이 아니라, 조각한 화합물이 나쁜 단백질에 찰싹 달라붙어 기능을 못 하도록 하는 것이다. 그것이 곧 우리가 말하는 ‘약’이다.

책의 1장(운으로 찾아내다)에서는 앞서 언급한 우연한 발견의 일화들을 다루지만, 이후 장에서는 분자 조각가들의 고군분투에 주목한다.

예컨대 당뇨병 치료제 엑세나타이드의 역사는 동물 유래 물질이 약으로 개발된 과정을 보여준다(2장 자연을 모방하다). 과학자들은 미국 남서부 사막에 사는 아메리카독도마뱀이 혈당을 자유자재로 조절하는 능력을 갖고 있다는 사실을 발견했다. 특이한 혈당조절 호르몬이 있었던 것이다. 분자 조각가들은 이를 당뇨병 치료제로 개발했을 뿐 아니라, 이 물질이 소화관에 작용해 배가 부르다는 신호를 준다는 점을 이용해 오늘날 비만 치료제 시장에서 점유율 1위를 차지하는 ‘삭센다’로까지 확장했다.

책 후반부에서는 최근 유행하는 신약 개발 트렌드뿐 아니라 화학자, 생물학자, 동식물학자, 인공지능 개발자의 협업으로 만들어진 성과를 소개한다. 또 코로나19 백신 개발 과정에서 어떻게 최신 의약화학 기술이 사용됐는지, 그리고 그 기술이 미래의 신약 개발 과정을 어떻게 바꾸고 있는지도 알아본다.

그저 우연히 찾아오는 행운은 없다

분자 조각가들의 고군분투를 읽으면서 알게 되는 교훈은 명확하다. 그저 앉은 자리에서 우연히 찾아오는 행운은 없다는 것. 페니실린은 우연히 얻어걸렸지만, 그 자체로 한계가 많은 물질이다. 주사제로만 투여해야 효과가 있고, 오래 쓰면 세균 내성으로 효과가 사라진다. 페니실린은 발견 이후 많은 학자들의 노력으로 개선됐고, 더 많은 의사들에 의해 사용 지침이 마련됐으며, 더 많은 환자들에게 사용되면서 꾸준히 검증을 받았다. 요컨대 페니실린은 뼛속까지 파헤쳐진 약이다. 첫 등장은 우연에 의한 것이었지만, 이 약이 지금까지 사랑받을 수 있었던 것은 그 후 이어진 끝없는 노력 덕분이다.

이제 분자 조각가들은 약이 될 수 있는 분자의 구조를 예측하고, 그 구조에 이를 수 있는 반응 경로를 계획한다. 단지 원하는 물질을 얻는 데 그치는 것이 아니라, 값싸고 안전한 약을 얻을 수 있는 최적의 경로를 고안한다. 이것이 바로 분자 조각가들이 창조성을 발휘하는 영역이다. 이 책을 읽고 나면 손톱만 한 알약에서 다른 감정이 느껴질 것이다. 첩첩이 쌓인 경외감 말이다.

#신약개발#백승만#페니실린#타이레놀