단백질 구조·진화…'초고속 분석 플랫폼' 나왔다

[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 수십억 년에 걸친 단백질의 진화 과정을 규명할 수 있는 초고속 분석 플랫폼을 개발했다. 앞으로 질병 관련 단백질의 기능적 차이를 규명하고 신약 표적을 발굴하는 데 크게 도움이 될 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부(부총리 겸 과기정통부 장관 배경훈)는 서울대 생명과학부 마틴 슈타이네거(Martin Steinegger, 슈타이네거) 교수 연구팀이 대규모 단백질 구조 빅데이터를 기반으로 한 초고속·고정밀 다중 정렬 분석 기술인 ‘폴드메이슨(FoldMason)’을 개발했다고 30일 발표했다.

단백질은 아미노산 서열이 복잡하게 접힌 3차원 구조를 통해 질병이나 노화와 관련된 생물학적 기능을 수행한다. 단백질 구조의 진화 과정을 이해하는 것은 질병의 원인을 밝히고 새로운 치료법을 찾는 데 매우 중요하다.

최근 인공지능(AI) 기술의 비약적 발전으로 방대한 단백질 구조 데이터가 쏟아지고 있다. 기존의 분석 기술은 연산 속도와 확장성 측면에서 한계를 보여왔다.

단백질 간 유사성이 매우 낮아 분석이 거의 불가능했던 영역인 이른바 ‘트와일라이트 존(Twilight Zone, 판단하기 어려운 영역)’은 기존 방식으로는 접근에 한계가 있어 수십억 년의 진화 과정을 규명하는 데 큰 걸림돌이 돼 왔다.

슈타이네거 교수 연구팀은 기존 기술의 한계를 극복하기 위해 단백질의 3차원 구조와 아미노산 서열 정보를 통합적으로 분석하는 새로운 소프트웨어인 ‘폴드메이슨(FoldMason)’을 개발했다.

기존 기술보다 100배에서 최대 1000배 빠른 속도를 내면서도 높은 정확도를 확보했다. 수십만 개의 단백질 구조를 한꺼번에 비교할 수 있는 세계 최고 수준의 성능을 갖췄다.

이 덕분에 그동안 분석이 까다로웠던 ‘트와일라이트 존(Twilight Zone)’을 포함해 거의 모든 단백질 계열을 폭넓게 비교하고 분석할 수 있는 길을 열었다.

연구팀은 ‘폴드메이슨(FoldMason)’을 활용해 인간과 박테리아처럼 서로 완전히 다른 생명체라도 바이러스에 대항하는 핵심 단백질의 설계도가 수십억 년간 거의 변하지 않고 유지돼 왔다는 사실을 확인했다. 우리 몸의 면역 시스템이 어디서부터 시작됐는지를 밝히는 중요한 실마리를 제공한다.

이번 연구 성과는 과기정통부가 유망한 젊은 연구자의 창의적 아이디어를 지원하는 ‘우수신진연구 지원 트랙’을 통해 거둔 결실이다. 독일 출신의 슈타이네거 교수와 호주 출신의 카메론 길크리스트 박사 등 글로벌 우수 인재들이 한국의 연구 인프라와 지원 정책을 바탕으로 국내에서 달성한 성과라는 점에서 더욱 의미가 깊다.

연구를 수행한 슈타이네거 교수는 “이번 연구 성과는 수십억 년에 걸친 단백질 진화를 대규모로 추적할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다”며 “앞으로 대규모 구조 변이 분석을 통해 질병 관련 단백질의 기능적 차이를 규명하고, 신약 표적을 발굴하는 데 이바지할 것”이라고 말했다.

구혁채 과기정통부 제1차관은 “슈타이네거 교수는 단백질 구조 분석 등 AI-바이오 분야에서 탁월한 연구 성과를 창출할 유망주로 기대된다”며 “국내로 초빙된 외국 석학들이 국내의 연구 역량 확보에 보탬이 될 수 있도록 연구과제와 정주 여건 등 다양한 지원을 지속해 나갈 것”이라고 전했다.

이번 연구 성과(논문명 : Development of FoldMason, an Ultra-Fast and High-Precision Multiple Alignment Technology for Large-Scale Protein Structure Big Data, Enabling Deep Evolutionary Analysis and Advancement of Platforms for Analyzing Intractable Diseases)는 세계 학술지 중 하나인 ‘사이언스(Science)’에 1월 30일자로 실렸다.