원하는대로 단백질 만든다…'설계 혁명' 알린 네이처 논문 3편

노벨상 수상자가 이끄는 연구팀이 단 이틀 만에 세계적인 학술지 '네이처'에 3편의 논문을 연달아 발표하며 '프로그래밍 가능한 단백질' 시대의 서막을 알렸다.

24일 중국 바이오 전문매체 바이오온에 따르면, 데이비드 베이커 교수가 이끄는 미국 워싱턴대학교 연구팀은 지난 20일과 21일(현지시간) 계산 기반 단백질 설계에 관한 획기적인 연구 결과를 네이처에 게재했다.

21일 발표된 논문은 G단백질결합수용체(GPCR)를 표적하는 미니 단백질을 새로 설계하는 내용이다. 연구팀은 계산 기반 설계와 고속 스크리닝 기술을 이용해 암, 당뇨병, 비만, 편두통 등과 관련된 수용체를 억제하는 길항제와 가려움증, 통증 관련 수용체를 활성화하는 작용제를 개발하는 데 성공했다.

특히 설계된 케모카인 수용체 길항제는 생체 내(in vivo) 실험에서 기존 치료제와 동등한 수준으로 조혈모세포를 동원하면서도 부작용은 더 적은 것으로 나타났다.

앞서 20일 발표된 두 편의 논문은 단백질 케이지(protein cage) 설계에 관한 연구다. 연구팀은 컴퓨터 계산을 통해 단일 성분 또는 두 가지 성분으로 구성된 단백질이 스스로 조립해 나노미터(nm) 크기의 케이지 구조를 형성하도록 설계했다.

이렇게 만들어진 단백질 케이지는 직경이 최대 220nm에 달해 천연 바이러스와 크기가 비슷하다. 내부에 약물 등 원하는 물질을 탑재해 세포로 전달하는 약물전달시스템(DDS) 등으로 활용될 수 있다.

이번 연구 성과는 과학자들이 마치 건축가처럼 필요에 따라 특정 모양과 크기의 단백질 구조를 설계하고, 분자 인식이나 촉매 등 정밀한 기능을 부여할 수 있는 '단백질 설계' 시대가 본격화됐음을 시사한다. 이는 신약, 백신, 유전자 치료제 개발을 가속화하고 합성생물학, 나노소재 등 다양한 분야에 큰 파급 효과를 가져올 전망이다.