바이오인

2020 바이오미래유망기술(하)

Cryo-EM 생체분자 입체구조 분석기술 연구개발 동향 및 시사점

한국생명공학연구원 대사제어연구센터 김명희

1. Cryo-EM 생체분자 입체구조 분석기술이란?

2020년 7월 16일 기준, 확진자 13,697,019명, 사망자 586,888명. 전 세계가 겪고 있는 신종 코로나바이러스 SARS-CoV-2 감염에 의한 호흡기 증후군(코로나19)에 대한 내용이다.

코로나19 바이러스가 인간 세포와 결합하고 세포 안으로 침투하여 감염을 일으키는 데 가장 중요한 역할을 하는 것은 스파이크 단백질(Spike protein)로 미국과 중국 과학자들은 단기간에 스파이크 단백질의 입체 분자 정밀 지도 분석에 성공하였다.

이러한 스파이크 단백질의 입체구조는 코로나19 바이러스가 인간 세포와 결합하는 정확한 원리를 알게 해주고 따라서 어떻게 코로나바이러스 계열인 사스(SARS, 중증급성호흡기증후군)와 메르스(MERS, 중동호흡기증후군)보다 더 빠른 전파력이 있는지에 대한 근원적인 기전을 제공하여 치료제와 백신 개발에 핵심적인 기여를 하고 있다(Wrapp et al., Science, 2020; Lan et al., Nature 2020).

이러한 핵심적 분자 정보를 단기간에 확보할 수 있었던 배경에는 초저온-전자현미경(cryo-electron micros, cryo-EM) 기술이 있다. Cryo-EM 기술에 의한 단백질 등의 단입자 생체 물질 분석(single particle analysis)은 정제된 단백질을 초저온으로 급속하게 얼려 본연의 성질을 유지하면서 전자빔을 이용하여 고해상도로 입체구조를 분석하는 방법이다(그림 1).