포항공대, 단백질 생산 자동화…비용 95%↓·성능 5배↑

포항공대(POSTECH) 연구팀이 살아있는 세포 밖에서 단백질을 생산하는 무세포 단백질 합성 시스템의 비용과 시간을 획기적으로 줄인 자동화 기술을 개발했다.

이중구 포항공대 화학공학과 교수 연구팀은 시험관 내에서 단백질을 생산할 수 있는 재구성 무세포 시스템을 조립하는 자동화·모듈화된 방법을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명공학 및 합성생물학 분야 국제 학술지 '생명공학의 동향(Trends in Biotechnology)'에 지난 6일 온라인 게재됐다.

이 플랫폼은 기존 상용 키트와 비교해 준비 비용을 95% 절감했으며, 무세포 단백질 합성 성능은 5배 향상시켰다. 또한, 준비 기간을 기존 4일에서 2일로 단축했다. 무세포 단백질 합성은 원하는 단백질의 설계도인 DNA만 넣어주면 단백질이 만들어지는 방식으로, '3-in-1 커피믹스'에 비유할 수 있다.

기존 방식은 비용이 매우 비싸고, 실험실에서 직접 준비할 경우 노동 집약적이며 실험자의 숙련도에 따라 결과가 달라지는 단점이 있었다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 핵심 부품 생산을 세포 밖에서 진행하는 방식으로 전환했다.

연구팀은 대장균 용해물 기반의 무세포 단백질 합성 플랫폼을 사용해 시험관에서 직접 번역 인자를 생산하고, 이 과정을 자동화된 액체 처리 시스템과 통합했다. 이를 통해 수작업 시간을 줄이고 작업 흐름을 간소화했으며, 배치 간 재현성을 높였다.

이 시스템의 또 다른 핵심 장점은 모듈식 설계다. 연구팀은 이 유연성을 활용해 비표준 아미노산을 펩타이드와 단백질에 성공적으로 결합시켰다. 이 기능은 항체에 약물을 연결하는 항체-약물 접합체(ADC)와 같은 고부가가치 치료제 개발에 유용할 수 있다.

이중구 교수는 "응용 분야에 따라 구성 요소를 자유롭게 맞춤화하면서도 무세포 단백질 합성을 극적으로 더 빠르고 저렴하게 만드는 자동화 플랫폼을 구축했다"고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF)의 바이오·의료기술개발사업, 과학기술정보통신부와 보건복지부의 한미공동연구기금(KUCRF), 한국보건산업진흥원(KHIDI) 등의 지원을 받아 수행됐다.