한국생명공학연구원(생명연)은 단백질과 약물의 결합 상태를 한 개의 분자씩 직접 들여다보며 분석할 수 있는 초정밀 나노포어 센서 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

생명연 AI바이오의약연구소 지승욱 박사와 정기백·황성보·김진식 박사 공동연구팀은 나노포어(nanopore)라 불리는 수 나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 크기의 초미세 구멍을 활용한 센서를 개발했다.

이 구멍은 머리카락 굵기의 수만분의 일 크기로 단백질이 통과하거나 머무를 때 전기 신호가 미세하게 변한다. 연구팀은 이 신호를 정밀 분석해 단백질과 약물의 결합 상태를 판별할 수 있다는 점에 주목했다.

연구팀은 암 등 다양한 질병의 발생에 관여하며 유전자 발현을 조절하는 중요한 단백질이자 항암제 개발의 핵심 표적인 BRD4를 대상으로 실험을 진행했다.

이 기술로 BRD4에 결합하는 다양한 약물을 분석한 결과, 약물 종류에 따라 전기 신호 패턴이 서로 다르게 나타나는 것을 확인했다.

주목할 점은 이러한 신호 분석을 통해 질량 차이가 단 2.5Da(달톤)에 불과한 매우 유사한 약물들까지도 완벽하게 구별해냈다는 것이다.

이는 수소 원자 약 2∼3개 정도의 질량 차이에 해당하는 극미세한 차이로, 나노포어 기술을 이용한 단백질 분석 중 세계 최고 수준의 해상도라고 연구팀은 설명했다.

기존 나노포어 기반 단백질 분석 기술이 약 88∼116Da(달톤) 수준의 차이를 구별하는 데 머물렀던 것과 비교하면 이번 연구는 수십 배 더 높은 정밀도를 구현한 초고해상도 분석 성과라고 연구팀은 덧붙였다.

기존 기술로는 단백질 구조가 크게 변해야만 식별할 수 있었으나 이번 기술은 구조적 차이가 매우 미세한 약물 결합까지도 찾아낼 수 있다.

향후 이 기술이 활용되면 수만 개의 신약후보 물질 중 최적의 물질을 보다 빠르고 정확하게 선별할 수 있어 신약 개발 기간을 단축하고 효율을 획기적으로 높일 것으로 기대된다.

지승욱 박사는 "원자 수준에서 단백질·약물 결합을 분석할 수 있는 나노포어 센서 기술로 세계 최고 수준의 고해상도를 달성했다"며 "이 기술은 고효율 신약 발굴을 가속하는 것은 물론 정밀의료 및 질병 진단 분야로도 확장할 수 있는 플랫폼 기술이 될 것"이라고 말했다.