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    단백질 혼합물을 모방한 합성고분자 앙상블

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-31

■ 가장 복잡한 혼합물인 생물학적 유체(biological fluids) 속에서 단백질이 개별적 그리고 집합적으로 어떻게 행동하는지 모방이 가능한 프레임워크를 개발

○ 이 프레임워크는 천연 단백질과 유사성이 높고, 상호작용이 가능한 합성 고분자 설계에 대한 접근방식을 제시

- 미국 캘리포니아대학 재료공학·통계학과 연구팀은 약 6만개의 단백질 서열 정보로부터 50개의 아미노산(50-mer*)으로 구성된 단백질 단편(segment) 서열 조합을 구성

* 핵산, 단백질, 고분자 중합체에서 단위체의 개수를 나타내는 단위로, 예를 들면 50-mer 단백질은 50개의 아미노산으로 구성된 단백질을 의미

- 연구팀은 아미노산 대신 합성 단량체로 대체하여 50-mer 단백질 단편을 합성하였는데, 아미노산의 특성(소수성, 극소수성, 이온성, 친수성)*을 모방한 4개의 합성 단량체를 활용

* MMA(소수성, 탄소사슬), 2-EHMA(극소수성, 가지형 탄소사슬), 3-SPM(이온성, 염(salt)), OEGMA(친수성, 에틸글리콜기)

< 4개 합성 단량체의 화학 구조식과 특성 >

출처: Nature, Population-based heteropolymer design to mimic protein mixtures, 2023.03

○ 4개의 합성 단량체로 대체하여 만들어진 단백질 단편을 무작위로 혼합하여 랜덤 이종고분자(RHP, Random Heteropolymer) 7종을 합성

- 이렇게 합성된 RHP는 생물학적 유체 내 단백질 혼합물의 특성을 모방하는 것으로 분석되며, 인공적 물질에서 생명으로의 변환을 실현하기 위한 규칙을 제공

※ 아래 그림과 같이 7종의 RHP를 겉보기 소수성(PC1)과 합성 단량체 서열(PC2)로 맵핑한 결과, 생물학적 유체의 막 단백질(녹색 점)과 구 단백질(주황색 점)의 특성을 반영하여 분포하고 있는 것으로 분석

< 7종의 RHP의 화학적 특성 범위 분석 >

출처: Nature, Population-based heteropolymer design to mimic protein mixtures, 2023.03

■ 단백질의 아미노산 서열을 모방한 이종고분자 합성은 생체, 환경과의 호환성을 높여 다양한 활용 가능성이 있을 것으로 기대

○ 천연 단백질과 유사성이 높은 이종고분자 조합(앙상블, ensemble)은 번역 중 단백질 접힘(folding)을 도와주어 단백질의 열 안정성을 향상시켜 체액의 많은 단백질의 기능을 유지하도록 지원

※ 혈청을 냉장 보관할 필요 없이 상온에서도 단백질 구조 파괴 없이 안정하게 보관 가능

○ 플라스틱이라고도 하는 합성 고분자는 부피 기준으로 가장 많이 생산되는 소재로, 이종고분자 조합은 환경과의 호환성을 고려한 차세대 플라스틱 설계에 대해서도 친환경적인 접근방식을 제시

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