부산대 BK21 플러스 사업단 김일 교수팀, 『커뮤니케이션즈 케미스트리』 논문 게재

오소혜 기자l승인2018.07.31 09:57

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▲ 김일 부산대 교수

[U's Line 오소혜 기자] 생물체를 구성하며 조절 및 면역 작용에 필수적으로 기능하는 ‘단백질’은 정상 상태에서는 체내 평형을 유지하지만 각종 질환 치료 및 약물 활용 시 제조가 필요하다. 기존에 1주일 이상 걸렸던 이 단백질 제조기간을 단 10분 내로 줄인 획기적인 기술이 부산대 연구팀에 의해 개발돼 대량생산 및 향후 다양한 활용이 가능할 전망이다.     

부산대학교는 교육부의 BK21 PLUS 사업을 수행 중인 고분자공학과의 ‘동남권 화학신기술 창의인재 양성 사업단’ 단장인 김일 교수팀이 다양한 단백질을 10분 내에 제조할 수 있는 획기적인 연구 결과를 국제 학술지 『네이처』의 자매지인 『커뮤니케이션즈 케미스트리』인터넷판 지난 20일자에 게재했다고 31일 밝혔다.     

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 있으나 효과적인 제조법이 없고 가격이 비싸 활발히 활용되지 못해 왔다. 기존의 제조법으로는 간단한 단백질이라도 제조에 일주일 이상 걸린다.      

이에 김일 교수팀은 천연 아미노산 20종류를 ‘펩타이드 결합’이라는 화학 결합을 통해 자유자재로 서로 연결시키는 새로운 유기계 촉매를 개발하는 데 성공했다. (* 후첨- 그림 1. 유기 촉매를 이용한 선형/고리형 단백질의 제조)       

이 촉매를 사용하면 다양한 단백질을 10분 내에 제조할 수 있고 단백질의 구조도 선형과 고리형으로 조절할 수 있다. (* 후첨- 그림 그림 2. 반응 시간에 따른 단백질의 형성 모습) 생명체를 구성하고 있는 선형 및 고리형의 구조는 단백질의 쓰임과 밀접한 관련이 있다. 특히 고리형 단백질은 지금까지의 기술로는 제조 자체가 불가능한 영역이었다.    

연구팀은 또한 단백질 제조에 사용된 촉매를 따로 제거하지 않아도 되도록 해, 단백질 대량생산의 길을 더욱 넓게 열었다.      

이번에 연구팀이 개발한 단백질 제조 기술은 현재 한국 및 해외 특허를 출원한 상태다.      

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.      

특히 단백질을 합성고분자와 결합시킬 수도 있어 종래의 재료로는 실현이 어려웠던 구조적·기능적 난제를 해결하는 데도 큰 기여를 할 것으로 기대되고 있다.     

김일 교수는 “사실 단백질을 실험실에서 제조하는 연구는 합성고분자의 태동과 함께 이루어져 왔지만, 20가지의 아미노산의 화학적·구조적 특이성으로 어려움을 겪어왔다”며 “새로운 유기 촉매의 개발로 단백질을 대량생산 할 수 있는 길이 열렸기 때문에 다양한 기능성을 탑재한 단백질이 하나의 재료로서 시장에 선보일 날이 당겨질 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.

▲ [그림1] 유기 촉매를 이용한 선형/고리형 단백질의 제조
▲ [그림2] 반응 시간에 따른 단백질의 형성 모습

 


오소혜 기자  sohye@usline.kr
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