75도 고온 생물 첫 형광 촬영…자연 단백질 없는 '완전 설계' 태그

75도 고온에서 사는 미생물의 형광 촬영이 처음으로 가능해졌다. 자연 단백질을 쓰지 않고 처음부터 설계한 인공 형광 태그가 나왔다.

미국 캘리포니아대학교 샌프란시스코캠퍼스(UCSF) 황보 연구팀은 1일(현지시간) 국제학술지 셀(Cell)에 로다민 염료와 결합하는 완전 설계 단백질 '로빈(Rhobin)'을 개발했다고 발표했다. 제1저자는 천위다 연구원이다.

기존 형광 도구는 녹색형광단백질(GFP)이나 헤일로태그(HaloTag)처럼 자연에 존재하는 단백질을 조금씩 고쳐 쓰는 방식이었다. 이 때문에 형광 단백질은 성숙이 느리고 색 범위가 좁았으며, 헤일로태그는 크기가 크고 열에 약했다.

연구팀은 자연 단백질을 버리고 로다민 염료의 공통 구조를 겨냥한 단백질을 처음부터 계산 설계했다. 로다민은 형광이 꺼진 내부에스터(L) 형태와 강하게 빛나는 양성이온(Z) 형태를 오가는데, 설계한 단백질이 이 균형을 조절해 형광을 켠다.

성능도 기존 도구를 앞섰다. 로빈은 크기가 훨씬 작고 포유류 세포에서 밝기가 더 우수했다. 가역적으로 결합해 초고해상도 STED 촬영과 살아있는 세포의 장시간 단분자 추적에 적합하며, 이 부분에서 헤일로태그보다 나은 성능을 보였다.

특히 열에 강해 75도 환경에서 사는 호산호열성 고세균 설폴로부스의 살아있는 세포를 형광으로 관찰하는 데 처음 성공했다. 기존 도구로는 접근할 수 없던 영역이다.

설계 성공률도 높았다. 시험한 아홉 개 서열 가운데 여덟 개가 강한 결합력을 보였다. 연구팀은 로빈이 차세대 바이오센서와 다색 이미징 체계를 만들 모듈식 플랫폼이 될 것이라고 평가했다.

다만 현재 설계는 로다민 계열에 집중돼 다른 염료로의 확장은 더 검증이 필요하다. 성공률이 100%는 아니고 설계에 드는 계산 비용도 적지 않으며, 복잡한 생체 조직에서의 장기 안정성과 생체적합성도 추가 확인이 필요하다.