이상민 포스텍 화학공학과 교수 제1저자
국제학술지 '네이처' 발표
바이러스 구조 모방한 인공 단백질…유전자 치료제 기대

이상민 포스텍 교수 (왼쪽), 데이비드 베이커 미국 워싱턴대 교수(오른쪽) /사진=포스텍

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이상민 포스텍(POSTECH) 화학공학과 교수가 올해 노벨화학상 수상자인 데이비드 베이커 미국 워싱턴대 교수와 공동으로 AI(인공지능)를 활용한 바이러스 치료 플랫폼을 개발했다.

포스텍은 이 교수가 제1저자로 참여한 바이러스 치료 플랫폼 연구 결과가 국제 학술지 '네이처'에 18일(현지 시각) 게재됐다고 밝혔다.

바이러스는 둥근 공 모양의 단백질 껍질 안에 유전자를 담아 스스로 복제하는 독특한 구조다. 이같은 바이러스의 구조를 모방해 만든 게 인공 단백질 '나노 케이지'디. 바이러스가 숙주를 찾아 공격하듯 표적 세포에 치료용 유전자를 전달하는 치료 플랫폼이다.

하지만 기존 나노 케이지는 크기가 작은 탓에 그 안에 담을 수 있는 유전자의 양이 한정적이었다. 구조가 실제 바이러스보다 단순해 바이러스가 가진 여러 기능을 구현하는 데도 한계가 있었다.

AI 기반으로 설계한 단백질들이 자기조립된 나노케이지 구조 /사진=포스텍

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연구팀은 AI 기반 전산 설계 기법을 도입해 이 문제를 해결했다. AI를 이용해 정사면체, 정육면체, 정십이면체 등 다양한 모양의 나노 케이지를 세계 최초로 제작했다. 이중 정십이면체 구조의 직경은 최대 75나노미터(nm·10억분의 1m)로, 기존 유전자 전달체보다 세 배 더 크다. 더 많은 유전자를 구조체 안에 담을 수 있다는 뜻이다.

전자현미경 분석 결과 연구팀이 AI로 설계한 나노 케이지는 모두 정확한 대칭 구조를 보였다. 기능성 단백질을 활용해 실험한 결과 나노 케이지는 유전자를 표적 세포까지 성공적으로 전달했다.

이 교수는 "AI의 발전으로 인류가 원하는 인공 단백질을 설계하고 조립하는 시대가 열렸다"며 "이번 연구는 유전자 치료제는 물론 차세대 백신 등 다양한 의·생명 분야를 혁신적으로 발전시키는 데 기여할 것"이라고 했다.

이 교수는 2021년부터 2년 9개월 동안 베이커 교수의 연구실에서 박사후연구원으로 재직하다 1월 포스텍에 부임했다.

박건희 기자 wissen@mt.co.kr

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