포스트 게놈 시대의 단백질공학 접근 동향

이정임, 김태두, 이정걸
건국대학교 화학공학과

1. 개요
단백질 공학은 신규 기능 또는 특성을 유도하기 위한 단백질에 들어 있는 아미노산의 자연적 서열을 바꾸는 것이 목적인 접근법이다. 궁극적으로 이 과정은 특정 목적을 달성하거나 해당 단백질에 대한 구조-기능 관계를 이해하기 위해 이루어진다. 단백질에 대한 아미노산의 자연적 서열은 1가지 이상의 아미노산 잔기를 대체, 삽입 또는 삭제를 통해 이루어진다. 방향적 진화와 합리적 설계는 목적 단백질의 자연적인 아미노산 서열에 원하는 돌연변이를 도입할 수 있는 2가지 접근법이다. 자연 선택 및 다양성 이론은 방향적 진화의 기초이다. 반대로 합리적 설계는 단백질의 서열 및 3차원 결정 구조에 대한 이전의 정보를 기반으로 한다. 하지만 포스트 게놈 시대에 단백질 서열 및 구조에 대한 정보가 증가하면서 여러 가지 방법이 진화하여 단백질 구조를 변경하는 과정이 덜 노동 집약적인 과정이 되고 그 효율성이 높아졌다. 또한 컴퓨터 생명 공학이 발전하면서 단백질 공학을 de novo 설계로 확대하였다. de novo 설계에서는 전산학적 단백질 설계 알고리즘을 사용해 천연 단백질의 사용 가능한 3차원 구조 및 절척(folding rule)을 기반으로 합성 단백질을 맞춘다.

천연 단백질은 대개 분자 형태로 기능을 수행하며, 이러한 단백질은 대부분 미생물의 영향을 받는다. 단백질 공학을 통해 단백질의 구조-기능 상관관계를 해석할 수 있으며, 이어서 단백질의 중요한 특징을 지배하는 아미노산을 밝혀낼 수 있다. 단백질 서열, 구조 및 기능 특성에 대한 정보를 대량으로 이용할 수 있는 포스트 게놈 시대에는 단백질 공학을 편리하게 활용하여 여러 가지 단백질의 생물물리학적 특성(예, 단백질 안정성, 활성, 거울상 선택성, 용해성, 억제제 내성 및 조절 기능)을 업그레이드했다. 예를 들어 올리고머화 과정을 줄이고 그로 이해 흡수율을 높이는 돌연변이를 처리하는 속효성 인슐린 변형이 개발되었다.

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