천연 아미노산 ‘펩타이드 결합’ 촉매 개발 성공…불가능했던 고리형 단백질도 제조 가능 단백질 대량생산으로 의학적 응용…합성고분자 결합 등 다양한 기능 탑재 시장성 기대
1주일 이상 걸렸던 단백질 제조기간을 10분 내로 줄인 획기적인 기술이 부산대학교 연구팀에 의해 개발됐다.
부산대학교(총장 전호환)는 교육부의 BK21 PLUS 사업을 수행 중인 고분자공학과의 김일 동남권 화학신기술 창의인재 양성 사업단장(사진)팀이 다양한 단백질을 10분 내에 제조할 수 있는 연구 결과를 국제 학술지 『네이처』의 자매지인 『커뮤니케이션즈 케미스트리』인터넷판에 게재했다고 31일 발표했다.
단백질은 생물체 구조의 구성성분이나 조절작용·면역에 없어서는 안 될 필수요소로, 생물의 체내에서 합성과 분해를 통해 평형상태를 유지한다. 암치료·눈질환·심장질환·당뇨병·감염질환·호흡기질환 등의 치료에 활용할 수 있고, 모계 태아 약물과 피부재생 약물로 사용할 수 있다.하지만 효과적인 제조법이 없고 가격이 비싸 활발하게 활용되지 못했다.기존의 제조법으로는 간단한 단백질이라도 만드는데 일주일 이상 걸린다.
김일 교수팀은 천연 아미노산 20종류를 ‘펩타이드 결합’이라는 화학 결합을 통해 자유자재로 서로 연결시키는 새로운 유기계 촉매를 개발하는 데 성공했다. 이 촉매를 사용하면 다양한 단백질을 10분 내에 제조할 수 있고 단백질의 구조도 선형과 고리형으로 조절할 수 있다. 생명체를 구성하고 있는 선형 및 고리형의 구조는 단백질의 쓰임과 밀접한 관련이 있다. 고리형 단백질은 지금까지의 기술로는 제조 자체가 불가능한 영역이었다.
연구팀은 단백질 제조에 사용된 촉매를 따로 제거하지 않아도 되도록 해, 단백질 대량생산의 길도 넓혔다. 연구팀은 개발한 단백질 제조 기술을 한국 및 해외 특허를 출원했다.
김일 교수팀은 이같은 의학적인 응용 외에도 생명체에서 단백질이 보이는 구조적 기능에서 영감을 얻어, 제조한 단백질을 다양한 기능의 3차원 수화젤 지지체, 금속유기 골격구조로 활용하는 연구와 함께 에너지저장장치, 초발수성 표면, 발광소자, 초민감성 센서, 압전소재 등으로 활용하는 연구를 진행 중이다. 단백질을 합성고분자와 결합시킬 수도 있어 종래의 재료로는 실현이 어려웠던 구조적·기능적 난제를 해결하는 데도 도움이 될 것으로 기대된다.
김 교수는 “사실 단백질을 실험실에서 제조하는 연구는 합성고분자의 태동과 함께 이뤄져 왔지만, 20가지의 아미노산의 화학적·구조적 특이성으로 어려움을 겪었다”며 “새로운 유기 촉매의 개발로 단백질을 대량생산 할 수 있는 길이 열려 다양한 기능성을 탑재한 단백질이 하나의 재료로서 시장에 선보일 날이 당겨질 것으로 기대한다”고 말했다.
