카이스트 ‘단백질 접힘’ 과정 영화처럼 찍어… 신약개발 돌파구

세계 첫 육안관찰 성공

국내 연구진이 생명의 비밀인 ‘단백질 접힘(protein folding)’ 과정을 세계 최초로 영화처럼 촬영해내는데 성공했다. 앞으로 바이오 신약 개발 등 다양한 연구 분야에서 돌파구를 제공할 것으로 기대된다.

카이스트 화학과 이효철 교수 연구팀은 9일 마이크로(micro·10-6·100만분의 1초) 초 단위로 진행되는 단백질 분자의 접힘 과정을 피코(pico·10-12·1조분의 1) 초 단위의 매우 짧은 엑스선 펄스로 실시간 촬영해 움직이는 동역학(dynamics)을 시각적으로 관찰하는 쾌거를 이루었다. 호르몬 등의 재료로 신체를 구성하는 단백질은 총 20개의 아미노산이 3차원 입체로 접히면서 만들어지는데, 지금까지 접힌 단백질이 풀리는 과정은 비교적 잘 규명됐으나 풀린 단백질이 접히는 과정의 원리는 수수께끼로 남아 현대 과학의 가장 큰 숙제였다. 단백질 접힘이 제대로 되지 않으면 비정상적 구조의 단백질이 만들어져 알츠하이머, 광우병, 파킨슨병 등의 원인이 된다. 연구결과는 미국 국립과학원회보(PNAS) 7월 1일 자에 게재됐다.

그동안 과학자들은 단백질을 인위적으로 푼 다음 다시 접히는 과정을 실험 관측하려 애써왔다. 생체 내 전자전달에 관여하는 사이토크롬 단백질의 산화·환원을 이용해 단백질이 풀림에서 접힘으로 바뀌는 과정을 되풀이했다. 이 교수팀은 초고속 시간 분해능 엑스선 사진기로 접히는 단백질의 연속 이미지를 얻어냈다. 단백질 접힘보다 더 짧은 간격으로 번쩍이는 레이저 빛으로 여러 장을 촬영해 흡사 영화처럼 움직이는 동영상을 만든 것이다.엑스선을 단백질에 비추면 내부 원자에 의해 산란된 빛이 상(像)을 만드는 엑스선 회절 현상이 일어난다. 이 산란 신호로부터 단백질의 형태와 구조를 추출해 최종 이미지를 형성해냈다.

노성열 기자 nosr@munhwa.com