약물이 제대로 작용하려면 표적 단백질과 정확하게 결합해야 하는데, 구조가 비슷한 저분자 약물들은 그 여부를 구별·분석하는 것이 어렵다. 이런 가운데 우리 연구진이 단백질·약물 결합 상태를 분자 한 개씩 직접 들여다보며 분석할 수 있는 초정밀 '나노포어' 센서 기술을 개발했다.
한국생명공학연구원(원장 권석윤) AI바이오의약연구소의 지승욱·정기백·황성보·김진식 박사 공동연구팀이 이런 성과를 거뒀다고 11일 밝혔다.
이번 연구로 나노포어라 불리는 수 나노미터(㎚) 크기 초미세 구멍을 활용한 센서를 개발했다. 이 구멍은 단백질이 통과하거나 머무를 때 전기 신호가 미세하게 변하는 특징이 있다. 연구팀은 이 신호로 단백질·약물 결합 상태를 판별할 수 있다는 점에 주목했다.
항암제 개발 핵심 표적인 'BRD4'를 대상으로 실험해, 약물 종류에 따라 전기 신호 패턴이 서로 다름을 확인했다. 이로써 질량 차이가 단 2.5달톤(Da)에 불과한 매우 유사한 약물까지 완벽하게 구별했다. 이는 수소 원자 약 2~3개 정도 질량 차이로 나노포어 기술을 이용한 단백질 분석 중 세계 최고 수준 해상도다. 기존에는 약 88~116Da 수준 차이를 구별하는 데 머물렀다.
또 기존 기술로 단백질 구조가 크게 변해야만 식별이 가능했으나, 이번에는 구조 차이가 매우 미세한 약물 결합까지 찾아냈다.
표적 단백질이 나노포어 센서 내부에서 보이는 위치 변화, 움직임, 전류 신호 패턴 등 다양한 특성을 동시에 분석하는 다중 파라미터 분석 기법을 개발한 결과다.
이로써 단백질-약물 결합을 약물별로 구별할 수 있는 고유 전기 지문을 확보했으며 별도 형광 표지 없이 매우 적은 시료로 빠르게 분석할 수 있는 기반을 제시했다.
지승욱 박사는 “이번 기술은 고효율 신약 발굴을 가속화하는 것은 물론, 정밀의료 및 질병 진단 분야로도 확장 가능한 플랫폼 기술이 될 것”이라고 밝혔다.
이번 성과는 4월 27일 ACS 나노 온라인판에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
