이상민 포스텍 화학공학과 교수 제1저자
국제학술지 ‘네이처’ 발표
바이러스 구조 모방한 인공 단백질…유전자 치료제 기대
이상민 포스텍(POSTECH) 화학공학과 교수가 올해 노벨화학상 수상자인 데이비드 베이커 미국 워싱턴대 교수와 공동으로 AI(인공지능)를 활용한 바이러스 치료 플랫폼을 개발했다.
포스텍은 이 교수가 제1저자로 참여한 바이러스 치료 플랫폼 연구 결과가 국제 학술지 ‘네이처’에 18일(현지 시각) 게재됐다고 밝혔다.
바이러스는 둥근 공 모양의 단백질 껍질 안에 유전자를 담아 스스로 복제하는 독특한 구조다. 이같은 바이러스의 구조를 모방해 만든 게 인공 단백질 ‘나노 케이지’디. 바이러스가 숙주를 찾아 공격하듯 표적 세포에 치료용 유전자를 전달하는 치료 플랫폼이다.
하지만 기존 나노 케이지는 크기가 작은 탓에 그 안에 담을 수 있는 유전자의 양이 한정적이었다. 구조가 실제 바이러스보다 단순해 바이러스가 가진 여러 기능을 구현하는 데도 한계가 있었다.
연구팀은 AI 기반 전산 설계 기법을 도입해 이 문제를 해결했다. AI를 이용해 정사면체, 정육면체, 정십이면체 등 다양한 모양의 나노 케이지를 세계 최초로 제작했다. 이중 정십이면체 구조의 직경은 최대 75나노미터(nm·10억분의 1m)로, 기존 유전자 전달체보다 세 배 더 크다. 더 많은 유전자를 구조체 안에 담을 수 있다는 뜻이다.
전자현미경 분석 결과 연구팀이 AI로 설계한 나노 케이지는 모두 정확한 대칭 구조를 보였다. 기능성 단백질을 활용해 실험한 결과 나노 케이지는 유전자를 표적 세포까지 성공적으로 전달했다.
이 교수는 “AI의 발전으로 인류가 원하는 인공 단백질을 설계하고 조립하는 시대가 열렸다”며 “이번 연구는 유전자 치료제는 물론 차세대 백신 등 다양한 의·생명 분야를 혁신적으로 발전시키는 데 기여할 것”이라고 했다.
이 교수는 2021년부터 2년 9개월 동안 베이커 교수의 연구실에서 박사후연구원으로 재직하다 1월 포스텍에 부임했다.
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