부산대, 불소 이온으로 단백질 ‘ON’… 질병 연구 새 지평 열어

비천연 아미노산 도입해 단백질 일시 비활성화
불소 이온 투입 시 자연 타이로신 복원 및 활성화
유전자 발현 조절 없이 직접 제어하는 신기술
미국화학회지(JACS) 게재로 세계적 성과 인정

고민섭 교수, 배지은 석박통합과정생, 김소란 석사 졸업생./부산대 제공

부산대학교 연구진이 단백질을 필요할 때만 선택적으로 작동시키는 '화학적 스위치' 기술을 개발해, 생명과학 연구와 질병 치료의 새로운 도구를 제시했다.

부산대학교는 화학과 고민섭 교수 연구팀이 단백질의 핵심 아미노산 자리에 인공적으로 설계한 '비천연 아미노산'을 도입해 기능을 일시적으로 멈췄다가, '불소 이온'을 가하면 다시 활성화되는 제어 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

이번 연구는 세계 최고 권위의 학술지인 '미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)' 2025년 12월호에 게재되며 그 혁신성을 입증받았다.

연구의 핵심은 '유전자 코드 확장' 기술을 통해 단백질 내 필수 아미노산인 타이로신을 특수 보호기로 가린 비천연 아미노산으로 대체하는 것이다.

초기에는 이 보호기가 단백질의 핵심 부위를 차단해 기능을 억제하지만, 특정 시점에 불소 이온을 투입하면 보호기가 제거되면서 자연 상태의 타이로신이 복원되어 단백질이 다시 작동하게 된다.

연구팀은 이 전략을 형광 단백질과 유전자 재조합 효소에 적용해 시험관뿐만 아니라 실제 살아있는 세포 내에서도 단백질 기능이 정밀하게 제어됨을 확인했다.

기존 연구들이 단백질이 만들어지는 '발현' 단계에 집중했던 것과 달리, 이번 성과는 이미 세포 안에 존재하는 단백질의 기능을 화학적 자극으로 직접 조절할 수 있다는 점에서 차별화된다.

이 기술은 합성생물학과 세포공학 분야에서 고도로 정밀한 단백질 제어 도구로 활용될 전망이다.

특히 질병 관련 단백질이 특정 시점에 어떤 반응을 보이는지 분석하거나 약물의 작용 메커니즘을 규명하는 등 기초 및 응용 연구에 폭넓게 쓰일 것으로 기대된다.

교신저자인 고민섭 교수는 "유전자 발현 조절이 아닌 단백질 수준에서의 직접적인 화학적 기능 제어 전략을 제시한 것"이라며 "단백질 수준에서의 정밀한 제어가 필요한 다양한 생명과학 분야에 혁신적인 도구가 될 것"이라고 밝혔다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@