단백질과 신약후보 물질간의 결합 보여줘... 패혈증 치료 가능성 열어
분자의 구조를 직접 보는 것은 과거 과학자들의 오랜 꿈이었다.
분자의 구조로부터 분자의 화학적인 성질을 이해할 수 있고 이를 바탕으로 좀 더 향상된 성질을 지닌 분자를 디자인할 수도 있기 때문이다.
분자의 구조를 보기 위해서는 고해상도의 현미경이 필요하다.
그런데 현미경의 해상도는 구조상 사용하는 빛의 파장의 2분의 1보다 좋을 수는 없기 때문에 분자와 같이 작은 입자의 구조를 보기 위해서는 가시광선을 이용할 수 없고,이보다 훨씬 작은 파장을 지닌 X-레이를 이용해야만 한다.
한편 현미경을 제작하기 위해서는 상을 만들어주는 정교한 렌즈가 필수적이다.
그런데 X-레이는 투과력이 높아 물체의 상을 만드는 데 필요한 렌즈를 제작하기가 매우 어렵다.
이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 크리스탈(결정) 상태의 샘플에서 나오는 회절패턴으로부터 계산에 의해 분자영상을 만들어내는 방법을 개발했다.
즉 단단한 결정 상태로 만들면 X-레이가 이를 투과하지 않고 비껴가거나 반사되기 때문에 이에 대한 X-레이의 움직임 패턴을 정교하게 물리적으로 분석해 그 결과를 토대로 분자의 모양을 재구성하겠다는 것이다.
이를 'X-레이 결정학(x-ray crystallography)'이라고 부른다. KAIST 면역화학구조연구실의 설명을 통해 선천성 면역 등에 대해 알아보자.
⊙ 선천성 면역과 톨유사수용체X-레이의 발견은 20세기 과학사에서 가장 큰 발견 중 하나로 꼽힌다.
뢴트겐 이후 약 20개의 노벨상이 X-레이를 이용한 분자구조 규명에 수여됐을 정도다.
왓슨과 크릭은 X-레이 회절을 이용해 DNA의 이중나선 구조를 처음으로 발견했다.
페르츠와 켄드류는 X-레이를 활용해 최초의 단백질 구조를 규명했다.
이들 발견은 분자생물학 탄생의 기폭제가 됐다.
단백질과 같이 복잡한 생체분자의 경우 전자현미경과 같은 다른 기술을 이용해 보기 어렵기 때문에 대부분의 단백질 입체구조는 X-레이 결정학 방법으로 규명되고 있다.
단백질의 구조를 알게 되면 그로부터 단백질의 생체 내 기능을 이해할 수 있을 뿐 아니라 단백질의 기능을 조절할 수 있는 분자를 디자인할 수도 있다.
대부분의 약은 단백질에 결합해 그 단백질의 기능을 억제하거나 향상시켜 약효를 나타낸다.
X-레이 결정학은 단백질과 신약후보 물질 간의 결합을 직접 보여줄 수도 있어 보다 빠른 신약개발도 가능케 하고 있다.
KAIST 면역구조화학 연구실은 X-레이 결정학 기술을 이용해 '선천성 면역 단백질'의 분자구조를 연구하고 있다.
선천성 면역연구는 지난 10년간 면역학에서 가장 활발하게 발전했던 분야다.
적응성 면역이 반응을 나타내려면 백신접종을 통해 수주일에서 몇개월의 기간이 걸리는 반면 선천성 면역은 우리 몸이 태어날 때부터 갖고 있는 면역체계로 새로운 병원균에 대해 즉각적 반응을 보이며 동시에 적응성 면역계의 활성화를 유도한다.
