“2025 단백질 디자인 동향보고서”

금회는 한국생명공학연구원 인공단백질디자인 WG가 작성한 BioINpro 이슈 페이퍼 “2025 단백질 디자인 동향보고서”를 전송드립니다.

전통적인 단백질 공학은 자연계에 존재하는 단백질을 변형하거나 진화시키는 방식으로 새로운 기능을 부여해 왔으나 최근에는 자연 단백질에 의존하지 않고 처음부터 자연에 존재하지 않는 새로운 단백질을 설계하는  De novo 단백질 디자인이 가능해졌습니다. 이러한 접근법은 자연 단백질의 고유한 한계를 넘어 인류가 필요로 하는 ‘맞춤형 단백질’을 창조할 수 있는 길을 열어주고 있습니다.

컴퓨터로 설계한 새로운 단백질들은 의약품 (예: 치료용 단백질, 항체 등), 백신항원, 나노소재, 바이오센서 등에 이미 활용되기 시작하였습니다.

응용 분야별 주요 성과를 간략히 소개하면 다음과 같습니다.

① 바이오의약 분야 : 치료용 단백질과 백신

 ▶바이오의약 분야에서는 개발되는 치료용 단백질들은 대부분 크기가 작고 안정적이기 때문에 조직침투나 생산 측면에서 이점이 있을 것으로 기대됨

 ▶최근 뱀독을 중화시키는 치료 단백질, 사이토카인 구조를 모방한 단백질과 pMHC 복합체를 인식하는 바인더 등 다양한 치료용 단백질이 보고됨

 ▶De novo 항체 디자인 분야에서 이루어진 최근 연구들은 항체 디자인의 서로 다른 측면에 집중하며 성공적인 성과를 내고 있음

 ▶항체의 고가변 영역 구조를 정확히 예측하고 특정 항원에 대한 결합 친화도를 추정하는 컴퓨팅 자동화 플랫폼을 개발함

② 진단 및 바이오센서 응용

 ▶자연계의 바이오센서는 제한적이지만, 단백질 디자인을 이용하면 특정신호에 의해 구조가 변형되거나 특정 바이오마커를 감지하는 인공 단백질을 만들 수 있음

 ▶2025년에는 유전회로, 생물정보학, 딥러닝 등을 이용하여 단백질 결합을 인식하거나 수용체를 재설계하여 신종 마약류 물질을 감지하는 등 진단 플랫폼의 범용성 확대 연구가 수행되고 있음

 ▶생성형 AI를 이용해 암 표면 단백질에 결합하는 고정밀 단백질 결합체를 생성해서 진단도구와 세포치료 (CAR-T) 분야의 활용 가능성을 보고한 바 있음

③ 바이오소재 및 나노 기술

 ▶단백질을 이용한 나노구조체는 약물전달, 백신디자인, 자연에 없는 새로운 바이오소재, 나노구조, 나노포어 등의 구축 등에서 중요한 역할을 함

 ▶De novo 디자인된 Ferredoxin 기반 미니 단백질은 α5β1과 0.3 nM의 친화도로 결합함으로써 용해성과 고정화 형태 모두 기존에 주로 사용되는 피브로넥틴 (Fibronectin) 대비 세포 부착·스프레딩·이동·혈관형성 조절 및 하이드로겔·티타늄    임플란트 성능이 대폭 강화됨을 확인함

④ 합성생물학 및 산업효소

 ▶효소는 특정화학반응을 촉매하는 단백질로, De novo 효소설계는 가장 도전적인 분야 중 하나이며 합성생물학에서는 미생물이나 세포 시스템 내에서 신규 경로를 구축하기 위해 새로운 효소와 조절단백질이 필요함

 ▶현존 자연 단백질보다 작고 안정적인 De novo 단백질에 합성 포르피린·헴 계열 보조인자를 결합시켜, 생체 촉매 반응을 재현·개선하는 범용 설계 전략도 제시되고 있음

 ▶RFdiffusion2 모델을 이용해 전이상태 원자만 입력으로 받아 나노스케일 촉매를 디자인하여 실험 최적화 없이도 자연 효소에 필적하는 효율을 가지는 메탈로하이드롤라제를 설계함

업무에 도움이 되시기 바랍니다.

*** 게시자 주 :  보고서 전문은 용량 과다로  아래 첨부파일에  게재하지 못하였습니다.  필요하신 분은 kimpj1@naver.com 김필주기술사 에게 메일로 연락주시면 보내드리겠습니다.