단백질은 뇌과학부터 제약 기술까지 아주 광범위하게 활용되고 있다. 이번 호에서는 다양한 분야에 적용될 수 있는 새로운 단백질을 디자인하는 김용호 교수 연구실을 인터뷰했다.

Q. Protein Design Lab 소개

단백질 디자인 연구는 지금까지 밝혀진 단백질 구조의 데이터베이스를 기반으로 이전에 존재하지 않았던 새로운 구조의 단백질을 구현하고 원하는 기능을 부여하는 연구이다. 디자인이라는 단어에서 알 수 있듯이 연구자가 만들고자 하는 단백질을 뼈대부터 아미노산 서열까지 열역학적 요소를 고려하여 개발하는 연구를 진행한다. 생명현상의 원리를 이해하기 위해 현상을 유도하는 유사한 구조의 단백질을 디자인하거나 자연에 존재하지 않는 새로운 단백질을 개발함으로써 현재 학계에서 풀지 못한 난제를 풀어낸다.

Q. 대표적인 연구 활동

단백질 디자인 기술은 생물학의 다양한 분야에 적용될 수 있지만 우리 연구실은 특히 생명현상의 복잡성과 중요성의 정점인 뇌 분야에 초점을 맞추고 있다. 체내에서 뇌에 중요 생체요소를 전달하기 위한 기작을 이해하여 유사한 기작을 이용해 원하는 약물을 뇌에 특이적으로 전달할 수 있는 단백질을 새롭게 디자인하는 연구를 진행하고 있다. 더불어 개발한 단백질을 뇌질환에 더 효율적으로 적용하기 위해 유전자 신약, 항체 기술, 유전자 편집기술에 대한 연구를 병행하고 있다. 뇌과학 분야뿐 아니라 단백질의 기능을 다변화하여 유/무기 소재와의 융합을 통해 다양한 물성을 가지는 새로운 Material을 개발함으로써 단백질의 생체 적합적 특성을 기반으로 Bio-Implantable Device와 Biosensor 등의 기술을 개발한다.

Q. 하나의 연구를 진행하는 과정

단백질 디자인은 다양한 학제가 서로 융합되어 있는 매우 고차원적 연구분야이다. 해결하고자 혹은 분석하고자 하는 생명현상을 이해할 수 있는 생물학적 지식뿐 아니라 단백질의 분자구조 및 거동을 이해할 수 있는 물리학적 지식, 이를 구현할 수 있는 컴퓨터 공학적 지식이 복합적으로 요구된다. 요구되는 모든 지식은 한 명의 연구자에 의해 해결될 수 없다. 이에 우리 연구실은 각 연구자들이 자신의 독립적 전문분야에 집중하여 지식을 쌓고 하나의 프로젝트에 각자의 역할에 맞는 연구를 수행함으로써 집단의 지성이 하나의 거대한 문제에 집중하여 해결하는 방식의 연구를 지향한다.

Q. Protein Design Lab 자랑

우리 연구실은 매주 각자 다른 주제를 가진 여러 서브그룹들이 있다. 매주 개인 및 서브그룹 미팅을 진행하여, 연구 진행 상황 및 방향에 대해 자유롭게 논의한다. 새로운 학생이 들어올 경우, 각 서브그룹 리더들이 돌아가면서 프로젝트를 설명하는 시간을 가지며, 일정 기간 동안 각 그룹을 경험한 후 본인의 흥미에 따라 팀을 결정하게 된다. 팀에 소속되면 관련 연구에 대한 실험을 배우고 그 프로젝트 관련 지식을 공부하게 된다. 또한 이 과정을 통해 팀원들과 아이디어를 공유하고 논의하며 본인의 연구주제를 정하게 된다. 우리 랩에서는 본인이 생각한 아이디어를 언제든지 교수, Postdoc, 동료 학생들과 토론하고 그 연구 주제를 지지한다. 이러한 소통의 장을 항상 열어놓기 위해 연구실 전체 리모델링으로 연구실 자체의 회의실을 구축하였고 연구원의 사무공간이 오픈 데스크로 구성되어 있어 원하는 때에 활발한 논의가 가능한 연구 환경을 조성하고 있다.

Q. Protein Design Lab에 들어가려면?

Protein Design Lab에 들어오기 위해서 특별히 정해진 조건은 없다. 다만 학부 전공이 생화학과 거리가 멀다면 처음에 랩에 들어와서 공부할 부분이 많아 어려움이 있을 수 있다. 우리 랩에서는 기본적으로 단백질을 다루는 연구를 진행하기 때문에 단백질에 대한 기초 지식이 있다면 연구를 수행하는 데에 있어서 훨씬 이해도가 높을 것이라고 생각한다.

우리는 랩에 들어오려면 학부연구생을 경험해보는 것이 중요하다고 생각한다. 대학원 입학을 하기 전에 본인에게 맞는 연구분야인지를 경험해봐야 실제로 입학 했을 때 적응이 훨씬 쉽고 본인 연구를 수월하게 진행할 수 있을 것이다. 우리 랩에서는 항상 연구 의지가 있는 학부생 및 입학생들을 환영한다.

Q. 끝으로 후배들에게 해주고 싶은 말

단백질 디자인은 다양한 분야에 핵심 기술로 적용될 수 있는 매우 독창적인 연구이다. 질병을 진단할 수 있는 바이오 센서 연구부터 질병을 치료하는 제약 기술까지 사회에서 연구자에게 요구하는 주요 분야를 이끌어 갈 수 있는 가치 있는 연구이다. 우리 연구실은 한국의 작은 연구실에서 개발한 하나의 결과가 전 세계에서 수많은 질병에 걸린 사람에게 하나의 희망이 될 수 있다는 믿음을 가지고 연구를 하고 있다. 이러한 비전을 갖고 함께 연구를 하고 나아간다면 연구뿐 아니라 인류의 발전에 기여를 하는 뜻깊은 일을 할 수 있을 것이라고 생각한다.