국민대(총장 정승렬) 교양대학 남기현 교수(구조생물학)가 화합물 혼합 연속 펨토초 결정학 실험 기법 관련 최신 연구 동향을 분석한 리뷰 논문이 JCR(Journal Citation Reports) 분석화학 분야 세계 1위 국제학술지에 게재됐다.

논문에서는 단백질과 화합물의 반응 과정을 시분해하여 결정 구조 관찰할 수 있는 최신 연구 기법을 종합적으로 분석했다. 이 연구 논문(「Recent chemical mixing devices for time-resolved serial femtosecond crystallography」, 공동 교신저자: 포항가속기 연구소, 박재현 박사)은 해당 연구분야 상위 0.6% 학술지인 ‘TrAC Trends in Analytical Chemistry’(IF=13.1) 온라인판에 지난달 26일 먼저 소개됐으며, 2024년 3월호에 게재된다.

단백질 구조 연구는 원자 수준에서 생명현상을 이해하는데 매우 중요하며, 신약 개발과 제약 산업에 널리 적용되고 있다. 또한 다양한 산업 분야에 응용되고 있는 효소들의 효율을 높이기 위한 단백질 엔지니어링에 대한 구조적 정보를 제공한다. 

XFEL(X-ray free electron laser) 또는 방사광 X선을 이용한 연속 결정학 (Serial Crystallography) 기법은 방사선에 의한 시료 손상을 최소화하며 생물학적으로 관련성 높은 온도 환경에서 단백질 구조를 규명할 수 있는 최신 기술로 알려져 있다. 보편적인 X선 결정학(X-ray crystallography) 또는 극저온 현미경 (Cryo-EM) 실험 기법에 비해서 더 정확한 구조적 정보를 제공한다.

연속 결정학은 광학레이저를 이용한 펌프-프로브 (Pump-probe) 또는 화합물 혼합 기법을 이용한 분자의 활성 과정을 시분해할 수 있는 동역한 연구에 특화된 분야이다. 그중 광학 레이저를 이용한 시분해 연속 결정학 기법은 잘 정립되었지만, 리간드 (혹은 억제제)에 대한 반응 과정에 대한 단백질들의 동역학 연구는 전 세계적으로 아직 개발 단계에 있으며, 현재 해외 XFEL 기반의 연구기관에서 활발히 연구되고 있는 기술 분야이다. 

남기현 교수는 이번 논문에서 해외에서 개발한 시분해 연구를 위한 혼합 장치 뿐만 아니라 직접 개발한 BITS(combination of Inject-and-Transfer System) 기반의 혼합 장치들에 대한 개발 원리, 가능성과 한계 그리고 시스템 이용에 고려해야 할 요소들에서 소개했다. 뿐만 아니라 관련 분야에서 향후 연구 방향에 대해서도 심도 있게 전망하였다.

한편, 남기현 교수는 지난 10여 년간 연속 결정학 연구 분야에서 기술 개발 및 단백질 구조 연구를 수행하였으며, Journal of applied crystallography(결정학 연구 분야 최상위 학술지) 등에 연속 결정학 관련 다수의 연구 기법을 발표한 바 있다.

이 연구는 한국연구재단 바이오·의료기술개발사업, 혁신성장 선도 고급연구인재 성장지원 사업 및 창의도전연구기반지원 지원을 통해 수행됐다.

김재호 기자 kimyital@kyosu.net

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