Nano/Bio Structural Dynamics Lab.

시간분해회절 창의연구단 소개

이효철 교수 연구팀은 지난 2005년 5월에 고체상태 단백질의 안정적인 구조만을 볼 수 있는 기존의 방법을 시간분해 엑스선 결정법으로 발전시켜, 정지되어 있는 단백질의 구조뿐만 아니라 움직이는 단백질의 동영상을 촬영하여 미국국립학술회보(PNAS)에 발표하여 많은 주목을 받았다. 또한 몸 속에 존재하는 용액상 단백질이 어떻게 기능하는가를 실시간으로 관측하기 위한 첫 발걸음으로 2005년 7월 물에 녹아 있는 간단한 유기분자의 구조변화를 실시간 측정하는데 세계 최초로 성공하였으며, 이를 세계적인 과학저널인 Science誌에 발표하였다. 이 결과는 용액상에서 분자의 움직임을 실시간 추적할 수 있다는 점 때문에 많은 관심을 불러 일으켰으며, 이 교수는 그 기술을 더욱 발전시키면 단백질에서도 응용 가능할 것으로 전망하였다.

위와 같은 연구성과를 인정받아 2007년 5월 창의연구단으로 선정된 시간분해회절연구단은 2008년 10월 많은 과학자들이 회의적으로 여겨오던, 물에서 변하는 단백질 분자 구조를 실시간으로 규명하는데 성공하였다. 유기분자보다 매우 크고 복잡한 구조를 가진 단백질의 물속에서의 구조변화를 나노초 레이저와 엑스선 산란 장치를 이용하여 세계 최초로 실시간 관측하는데 성공한 획기적인 결과는 2008년 10월 Nature Methods誌에 표지논문으로 게재되었다.

위 연구에서는 인체내에서 산소를 이동하는데 중요한 헤모글로빈 단백질과, 근육에서의 산소공급에 관여하는 미오글로빈 단백질은 빛을 받으면 특정 신호를 만들어 전달하는 광(光)감응 단백질로서 매우 복잡한 구조변화를 나타내는데 이러한 구조변화를 영화를 보듯이 실시간으로 관측할 수 있는 기술이 개발되었다.
또한 단백질의 접힘은 단백질이 효소, 항체로서의 기능 등을 수행하기 위해 폴리펩타이드 사슬로부터 3차원 구조로 변형되는 현상으로 단백질이 본래의 고유구조로 접히지 않고 잘못 접히고 응집되면 알츠하이머병이나 광우병 등과 같은 질병을 유발할 수 있으므로 단백질의 접힘-풀림 현상을 이해하는 것은 매우 중요한데 씨토크롬씨라는 단백질이 풀린 상태에서 접히는 과정도 실시간으로 측정하는데 성공하였다.

이렇듯 개발, 심화되어진 시간분해회절법은 물에서 움직이는 단백질의 동영상을 촬영할 수도 있어 단백질의 작동기작을 밝히는 데에 중요한 도구가 될 것이며 앞으로 신약개발에도 큰 도움을 줄 것으로 보인다. 또한 이 기술은 단백질뿐 아니라 나노 물질에도 응용 가능하므로 BT 뿐만 아니라 NT 분야에도 기여할 수 있을 것으로 전망된다.

현재 포항에 있는 제3세대 가속기에 이어 한국에서도 차세대 광원으로 건설이 논의되고 있는 제4세대 방사광가속기(XFEL)가 성공적으로 가동되면 현재 발표된 데이터보다 적어도 1,000배 정도 더 좋은 데이터를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.