이전 글은 ‘단백질 디자인’ (Protein Design) 이라는 대부분의 사람들은 듣도 보도 못했을 용어를 던지고 끝났다. 그렇다면 단백질 디자인이 도대체 무엇인지부터 알아보도록 하자.

일단 이 연재에서 이야기하는 단백질 구조예측은 주어진 아미노산 서열로부터 단백질의 3차원 구조를 찾는 문제이고, 이를 위해서 이전에는 물리 화학적인 계산에 기반된 방법이 사용되다가 최근에는 알파폴드와 같은 인공지능 기반의 네트워크가 도입되어 탁월한 성능을 보였다는 것을 이미 이전의 연재에서 설명했다.

단백질 디자인은 단백질 구조예측의 ‘역함수’ 라고 생각하면 된다. 즉, 이미 정해진 단백질의 3차 구조를 형성할 수 있는 아미노산 서열을 찾는 문제이다. 여기서 단백질의 3차 구조란 자연계의 생물에서 발견되는 단백질일 수도 있고, 자연계에서는 아직 발견되지 않았지만 단백질의 접힘 원리를 따르는 임의의 모양의 단백질일수도 있다. 대부분의 과학-기술과 마찬가지로, 단백질 디자인은 처음에는 ‘이런 것이 가능할까?’ 라는 호기심의 차원에서 연구되었지만 오늘날은 자연계에서 발견되는 단백질에 새로운 특성을 부여하거나, 아예 새로운 기능을 하는 자연계에 존재하지 않는 새로운 단백질을 만드는 실용적인 목적으로 접근되고 있다. 그렇다면 먼저 단백질 디자인에 대한 연구가 어떻게 시작되었는지부터 살펴보자.

그림 1. 단백질 디자인은 단백질 구조 예측의 역함수에 해당한다. 즉, 단백질 구조 예측이 아미노산 서열로부터 단백질의 3차원 구조를 찾은 ‘함수’ 라면 단백질 디자인은 이미 정해진 단백질 3차원 구조를 형성할 수 있는 아미노산을 찾는 함수이다. 단백질 디자인은 다른 말로 인버스 폴딩 (Inverse folding), 즉 단백질 접힘 (Folding) 문제의 역방향 문제라고 칭해지기도 한다.


단백질 디자인 연구의 기원

사실 단백질 디자인 연구는 최근에 시작된 연구라고 생각할지 모르지만, 그 기원을...