[한국대학신문 김정현 기자] 과학기술연합대학원대학교(UST, 총장 문길주) 한국생명공학연구원(KRIBB) 학생연구원 김성근씨(사진, 박사과정)의 유전자가위, 막단백질 대량생산 기술 논문이 미국화학회(ACS) 학술지 '합성생물학'의 '지난 한 달간 가장 많이 읽힌 논문'에 선정되는 등 학계 주목을 끌고 있다.

ACS의 '합성생물학(Synthetic Biology)'은 작년 JCR 기준 합성생물학 분야 상위 9.1%, 영향력지수(IF)가 5.4인 SCI급 학술지다. 이 학술지는 자체 집계를 통해 김 씨의 두 논문을 ‘지난 한 달간 가장 많이 읽힌 논문’에 선정했다.

김 씨는 지난 5월 19일 '막단백질의 대량생산 기술 개발에 대한 연구'를, 4월 4일 유전자 가위(CRISPR-Cpf1)의 변형 기술인 '크리스퍼 간섭 기술(CRISPRi Platform) 개발에 대한 연구'를 이 학술지에 게재했다.

김 씨의 막단백질 연구는 신약개발 등 생명공학 연구의 난제로 꼽히던 난(難)발현 막단백질의 대량생산을 가능하게 할 정밀조절 플랫폼 개발을 성공시킨 것이다.

막단백질은 세포막에 존재하는 단백질로서 세포 내 영양분과 생체 신호를 전달하는 역할을 수행한다. 망가지면 암, 신경계·면역계 질환, 염증 등 다양한 질병이 생길 수 있다. 막단백질은 현재 개발되는 약물 표적(약물이 작용해 기대하는 약효를 보이는 단백질)의 60% 이상을 차지하고 있다.

그러나 막단백질은 세포 내부에 위치한 단백질에 비해 구조가 쉽게 변경되고 금방 분해되어 현재까지 기능이 밝혀진 사례가 많지 않다.

김 씨는 우선 막단백질 생산을 증가시키는데 기여하는 가장 중요한 변이가 락 리프레서(Lac Repressor, 젖당 분해 억제 단백질)에 존재함을 밝혀냈다. 락 리프레서를 이용하면 막단백질 발현에 의한 미생물의 생장 저해를 최소화하면서 생산량 효율성을 늘린다.

김 씨는 이 방법을 통해 3종류의 막단백질 발현을 정밀하게 조절하여 생산을 최적화했다. 이 연구는 상업적인 유용성을 인정받아 국내 특허도 등록한 상태다. 본 논문은 김 씨와 이대희 UST 교수(한국생명공학연구원)가 공동저자로 이름을 올렸다.

앞서 김 씨는 4월 유전자 가위(CRISPR-Cpf1)의 변형 기술에 대한 연구성과도 밝혔다. 환경문제로 인해 미생물을 이용한 치료제, 바이오연료 등 유용물질을 생산하는 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다. 유전자 가위도 그 중 하나다. CRISPR을 이용해 실험체의 유전자를 편집해 외래 효소 발현을 최적화하거나, 대사 경로를 조절하는 정밀한 작업을 통해 물질을 생산하는 것이다.

김 씨는 미생물의 유전자를 조절하기 위해 유전자가위를 재목적화하여 “크리스퍼 간섭 기술”을 새롭게 개발했다. 김 씨는 5-A형 Cpf1에 돌연변이를 도입하여 새로운 전사조절 단백질을 제작했다. 이 법칙을 적용하여 대장균의 플라스미드(Plasmid DNA) 혹은 게놈의 유전자를 성공적으로 편집하고 유전자의 동시 조절도 보였다.

UST는 김 씨가 개발한 기술이 합성생물학, 대사공학적 도구로써 미생물을 이용한 유용물질의 생산성 증대에 기여한다는 점에서 의의를 갖는다고 설명했다. 본 논문은 김 씨가 공동저자로 이대희 교수(KRIBB)와 이승구 교수(KRIBB)가 교신저자로 참여했다.

김 씨는 “UST 박사과정으로 2014년에 입학하여 지도교수님을 포함한 여러 교수님으로부터 현장연구 지도를 받았다. 그 분들의 도움이 있었기에 이번 연구를 성공적으로 수행할 수 있었던 것”이라며 소감을 전했다.