‘동남권 화학신기술 창의인재 양성사업단’ 단장인 김일(고분자공학) 교수팀의 연구결과가  <네이처 커뮤니케이션즈 케미스트리(Nature Communications Chemisty)> 인터넷 판에 게재됐다. 김일 교수팀이 개발한 기술을 이용하며 단백질을 10분 이내에 제조할 수 있다. 해당 기술로 김일 교수팀은 국내 및 세계 특허를 취득했다.

20세기 중반 단백질 제조 기술이 발명됐다, 하지만 최근까지도 단백질을 제조하는 것은 쉽지 않았다. 김일 교수팀은 단백질 제조시간을 대폭 줄이는 기술을 개발해 바이오 산업에 많은 영향을 줄 것으로 예상된다. 어떤 기술인지 김일 교수를 만나 이야기를 들어봤다.

△ 안녕하세요. 연구를 시작하게 된 계기가 궁금합니다.

저는 고분자 중 하나인 바이오 폴리머에 관심이 많습니다. 고분자는 합성 고분자와 바이오 폴리머로 구분할 수 있습니다. 합성 고분자는 우리가 쉽게 볼 수 있는 볼펜 같은 구조 재료고, 바이오 폴리머는 피부와 같이 몸을 구성하는 요소라고 생각하시면 됩니다. 바이오 폴리머 중에서 단백질이 가장 중요한데 이는 단백질이 다양한 가능성을 보이기 때문입니다. 특정 온도나 pH 농도에 반응한다는 것이죠. 하지만 단백질을 만들기 위해선 아미노산을 중합해야 하는데 만드는 과정이 어려웠습니다. 아미노산은 용매에 잘 녹지 않기 때문에 중합하기가 어려웠기 때문입니다. 이에 어떻게 하면 아미노산을 쉽게 녹일 수 있을까를 고민했습니다. 

△ 교수님께서 개발한 10분 이내에 단백질을 제조하는 기술이 이전 제조 기술과 어떤 점이 다른가요?

이전 방법에서 단백질을 만들 때는 중금속이 포함된 촉매를 사용합니다. 원하는 크기의 단백질을 만들기 위해선 3~4일 정도가 필요했습니다. 또한 촉매가 중금속을 포함하기 때문에 만들어진 단백질에 중금속이 합침 될 수도 있습니다. 단백질 구조의 경우, 실타래 모양인 선형 단백질만 얻을 수 있고 고리형 단백질은 얻을 수 없었습니다. 하지만 저희가 개발한 기술은 촉매를 유기계 촉매를 사용해 단백질을 만드는 시간이 5~30분으로 대폭 감소하게 됩니다. 유기계 촉매는 금속물을 사용되지 않기 때문에 단백질에서 금속을 분리하지 않고 사용할 수 있습니다. 또한 선형 단백질뿐만 아니라 제조할 수 없었던 고리형 단백질을 얻을 수 있습니다.

△ 이전의 기술보다 더 빠르게 생산할 수 있게 되었군요. 해당 기술의 의의는 무엇인가요?

우선 대량 생산을 할 수 있다는 점이 중요합니다. 단백질 제조 시간이 일 단위에서 분 단위로 줄었기 때문에 같은 시간 내에서 이전 기술에 비해 빠르게 생산할 수 있습니다. 그로 인해 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 또한 유기계 촉매를 사용해 친환경적입니다. 우리 몸은 대부분 유기물이어서 유기계 촉매를 사용할 시 촉매를 제거하지 않아도 됩니다. 그리고 학문적으로는 고리형 단백질을 만들 수 있다는 점이 큰 의미가 있습니다. 이전까지 고리형 단백질을 만들었다는 검증된 보고가 없기 때문입니다. 

△ 해당 기술을 앞으로 어느 분야에서 활용할 수 있을까요?

해당 기술은 유기계 촉매를 사용한 덕분에 의료 분야에 사용될 수 있습니다. 예를 들어 △합성 고분자 △바이오 폴리머 △항암제를 결합해 약물 전달 시스템을 만들 수 있습니다. 암세포는 다른 정상 세포와 달리 pH 농도가 더 낮습니다. 이때 낮은 pH 농도에 반응하는 바이오 폴리머를 결합하면 암세포에만 항암제 효과를 줄 수 있는 약물을 만들 수 있습니다. 약물뿐만 아니라 △MRI △센서 △피부재생 등 다양하게 활용할 수 있습니다. 또한 대량생산이 가능해 단가가 낮아져 전보다 많은 사람이 이용할 수 있을 것입니다.