이번 주 국제학술지 '사이언스' 표지에는 '결합되도록 고안됐다‘는 문구가 적혀있다. 결합을 통해 새로운 단백질을 고안할 수 있는 인공지능(AI)이 등장했다는 의미다.
표지에는 단백질 설계에 필요한 표적 리간드와 아미노산이 결합하는 모습이 실려있다. 소분자, 핵산 등의 표적 리간드(주황색) 주위에 아미노산과 짧은 펩타이드가 있으며 서로 상호작용해 단백질(파란색) 구조를 형성하는 이미지다.
데이비드 베이커 미국 워싱턴대 단백질설계연구소 생화학과 교수팀은 소분자, 핵산, 기타 비단백질 성분과 복합체를 이루는 단백질의 구조를 예측하고 비단백질 화합물과 결합하는 새로운 단백질을 설계하는 딥러닝 방법을 개발했다.
백민경 서울대 생명과학부 교수가 워싱턴대 박사후연구원으로 있을 때 주도해 개발한 단백질 입체 구조 예측 프로그램인 ’로제타폴드'의 최신 버전이다. 로제타폴드는 2021년 사이언스가 뽑은 그해의 최고 혁신 연구 성과로 뽑힌 바 있으며 백 교수는 이번 연구에도 저자로 참여했다.
단백질 구조를 예측하는 이유는 단백질이 생명 현상에 관여하는 대표적인 생체 분자이기 때문이다. 단백질 구조는 단백질 기능을 결정하기 때문에 단백질의 3차원 구조에 대한 이해를 높이면 질병의 원인 분석이나 치료법 개발 길을 확대할 수 있다.
그런데 단백질은 혼자 기능하지 않는다. 다른 생체 분자와 결합해 구조가 변화하기 때문에 단백질을 제대로 이해하기 위해서는 비단백질 화합물과의 상호작용에 대한 이해가 필요하다. 로제타폴드 최신 버전인 ‘로제타폴드 올 아톰’은 단백질뿐 아니라 비단백질 화합물도 설계할 수 있으며 단백질과 비단백질 화합물 사이의 상호작용도 분석할 수 있다.
단백질과 비단백질 화합물을 어떻게 설계하고 결합하느냐에 따라 질병 치료 효과가 달라지기 때문에 이번 연구는 뛰어난 약효를 발휘하는 신약 개발의 ‘게임체인저’가 될 것으로 기대된다.
동아사이언스(dongascience.com) 문세영 기자 moon09@donga.com 2024.04.21 08:00