KAIST, 고감도 단백질 센서 제작 플랫폼 개발

오병하 교수팀 개가...미국 워싱턴주립대와 국제 공동연구 수행

KAIST(총장 신성철)는 생명과학과 오병하 교수가 미국 워싱턴주립대학(University of Washington)과 국제 공동연구를 수행해 고감도 단백질 센서 플랫폼을 개발했다고 5일 밝혔다.

단백질 센서는 질병 진단, 치료 경과 추적, 병원 미생물 감지 등에 널리 사용되고 있다. 상용화한 단백질 센서들은 자연계에 존재하는 단백질이거나 이를 약간 변형한 형태며 개발에는 많은 시간이 소요된다.

공동연구팀은 자연에 존재하는 단백질에 의존하지 않고 계산적 단백질 디자인 방법으로 인공적인 골격 단백질을 창출했다. 또 이를 두 부분으로 나누고 심해 새우가 만드는 발광 단백질과 재조합해 단백질을 감지하는 기능을 부여했다. 이렇게 만들어진 두 요소(two-component) 단백질 시스템은 그 자체로는 발광하지 않다 감지하려는 표적 단백질이 존재하면 이와 결합하고 결과적으로 발광하도록 디자인돼있다고 KAIST는 설명했다.

개발된 단백질 센서 시스템의 작동 모식도

또 발광 정도는 표적 단백질의 농도에 비례해 빛을 발생하기 때문에 발광 세기를 측정함으로써 표적 단백질 존재와 그 농도를 감지할 수 있다. 발생하는 빛은 시료 전처리 없이도 감지할 수 있고, 발광 반응은 즉각적이며 1시간 안에 종료되기 때문에 기존 발색 반응의 측정보다 쉽다는 장점이 있다고 덧붙였다.

연구진이 창출한 단백질 시스템은 레고 블록처럼 사용돼 여러 다양한 단백질 센서를 용이하게 제작하는데 쓸 수 있는 플랫폼을 제공한다. 실제로 발표된 논문에는 B형 간염 바이러스 단백질 센서, 코로나바이러스 단백질 센서 등 8개의 고감도 단백질 센서를 실제로 제작, 플랫폼의 높은 응용성을 보여줬다.

이번 연구는 LG연암문화재단 지원으로 KAIST 오병하 교수가 미국 워싱턴 주립대학 데이비드 베이커(David Baker) 교수 실험실에 1년간 방문한 공동연구로 진행됐다. KAIST 생명과학과 이한솔 박사와 강원대학교 홍효정 교수가 참여했다. 이번 연구 결과는 우수성을 인정받아 종합 과학 분야 국제학술지 네이처(Nature) 1월 27일자에 게재됐다. (논문명:De novo design of modular and tunable protein biosensors)

오병하 KAIST 교수