질병관련 ‘단백질 조절 원천기술 모형’ 개발성공

장익수 교수팀 연구성과, ‘PNAS 온라인판’ 게재

단백질이 가장 안정된 상태에 있을 때, 단백질 내부의 상호작용 에너지 등 단백질을 수치적으로 간단하게 기술할 수 있는 모형이 국내 과학자에 의해 개발됐다.

과기부는 국가지정연구실사업(NRL)에 참여중인 장익수 교수(부산대 물리학과, 사진) 연구팀의 이러한 연구성과가 세계적인 과학 학술지인 미국 국립과학원회보(PNAS) 온라인판에 2월 12일자 게재됐다고 밝혔다.

단백질 접힘현상(folding behavior)을 정량적으로 이해하는 것은 단백질체학(proteomics)에서 가장 중요한 원천과학기술로 생명현상을 기술할 뿐만 아니라 질병에 관여하는 단백질의 기작을 조절할 수 있게 하는 원천기술을 제공하는 등 파급효과가 크다.

길이가 긴 단백질이 접히고 풀리는 전 과정을 단백질을 구성하는 기본인 아미노산 차원에서 동시에 기술하고 설명하는 것은 현재 개발된 과학기술로는 상당한 난제로 꼽힌다,

장 교수 연구팀은 단백질이 가장 안정된 상태에 있을 때 아미노산을 구성하는 원자들 사이의 모든 상호작용에너지를 계산하고 이를 아미노산 단위에서의 상호작용에너지로 치환한 다음 단백질을 간단하게 기술하는 모형을 세웠다.

연구팀은 이 모형을 바탕으로 이론 통계물리학의 지식을 이용해 단백질의 자유에너지(free energy)를 완벽하게 구해 단백질의 열적 성질을 규명했으며, 또한 256대의 슈퍼컴퓨팅 PC를 동시에 이용해 단백질의 접힘 및 풀림 현상의 전 과정에 대해 각 아미노산에 대한 시뮬레이션 결과를 도출했다.

연구팀은 “이번 연구에서 개발된 방법을 이용하면 자연 상태에 있는 단백질을 최대한 정확히 기술할 수 있게 된다는 점에서 의미가 크다”고 의의를 설명했다.

이어 “이번 연구는 단백질체라고 하는 BT분야의 연구 주제에서 근원적으로 해결하지 못한 단백질 접힘 현상을 통계물리학 분야의 이론과 슈퍼컴퓨터를 이용한 IT와의 접목을 통해 해결한 융합과학연구의 훌륭한 성공사례라 할 수 있다”고 평가했다.

한편 과기부는 관련 연구 결과는 현재 150개의 아미노산으로 구성된 단백질들까지 적용 될 수 있고 이들 단백질들에 대한 돌연변이체학 등에 직접 적용 할 수가 있으며. 또한, 신호전달이나 질병에 관여하는 단백질들의 열적 안정성과 동역학적 안정성을 정량적으로 기술할 수가 있어 생명공학 등의 분야에 응용 가능성이 아주 크다고 밝혔다.