특정 단백질만 정밀하게 변형…바이오 결합 기술 나왔다

생체 환경에서 특정 단백질만 정밀하게 변형하는 바이오 결합 기술을 개발한 연구진. 왼쪽부터 오승수 포스텍 신소재공학과 교수, 조혜성 포스텍 박사과정. 포스텍 제공

국내 연구진이 생체 환경에서 특정 단백질만 정밀하게 변형하는 바이오 결합 기술을 개발했다.

포스텍은 오승수 신소재공학과 교수 연구팀이 ‘디옥시옥사노신’이라는 화합물을 분자 인식 물질인 ‘압타머’와 결합해 특정 단백질의 원하는 부위만 정밀하게 변형하는 기술을 구현했다고 26일 밝혔다.

단백질을 활용한 바이오 결합 기술은 질병 진단이나 신약 개발에 폭넓게 활용되지만 기존 방법들은 여러 한계점이 있다. 단백질 종류가 제한적이거나 유전자 조작이 필요한 경우가 대표적이다. 무작위 변형으로 단백질의 기능이 손상될 위험도 바이오 결합 과정의 우려사항으로 꼽힌다. 무엇보다 생체 환경에서 특정 단백질만 선택적으로 변형하는 것 자체도 기술적 어려움이 컸다.

연구팀은 새로운 접근 방식으로 기존 기술의 문제점을 해결했다. 디옥시옥사노신을 표적 단백질 45개 반응기 중 단 하나에만 선택적으로 결합시켰다. 디옥시옥사노신은 기존의 생체분자 변형 물질(NHS ester)보다 약 100만 배 안정적인 것으로 나타났으며 실온에서 한 달 이상 보관이 가능하다. 생체 환경에서도 4시간 만에 거의 100% 결합하는 등 높은 효율을 보였다. 

특히 연구팀은 살아있는 세포에서 암세포 주요 지표 단백질(PTK7)을 동시에 각각 선택적으로 구별하는 데도 성공했다. 생체 내 단백질의 움직임을 실시간으로 관찰하고 암세포 성장 과정에서 이 지표 단백질 수용체의 역할을 규명하는 데 성공했다. 생체 환경에서 단백질의 기능을 떨어뜨리지 않으면서 자연 상태의 특정 단백질만 변형한 것은 이번이 처음이다.

이번 기술은 암 진단과 치료를 넘어 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다. 예를 들어 특정 암세포만을 타겟으로 하는 ‘항체-약물 접합체’ 개발, 암 조직을 선명하게 구별할 수 있는 생체 영상 기술, 특정 단백질을 조절해 치료 효과를 극대화하는 맞춤형 정밀 치료 등에서 활용될 수 있다. 또 단백질의 특정 부위를 정밀하게 변형해 효소 기능을 조절하면 신약 개발과 생물학적 기능 연구에 유용하게 활용될 수 있다.

연구팀은 “앞으로 항체 약물 결합체, 생명 메커니즘 연구 등 다양한 분야로 연구를 확장할 계획”이라고 덧붙였다. 연구 결과는 국제학술지 ‘미국화학회지’ 온라인판의 부표지 논문으로 최근 게재됐다.

<참고 자료>
- pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c15674

[박정연 기자 hesse@donga.com]