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[IT뉴스][르포]200억 첨단 연구장비 가동 `눈앞`…단백질 구조 밝혀 약물 비밀 캔다

온카뱅크관리자

2024-10-27 15:19:44

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 기초지원연, 세계 최고 성능 1.2㎓ NMR 분광기 구축 제약사 신약개발 플랫폼 담당..약물작용기전(MOA) 규명 
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 <img alt="한국기초과학지원연구원 오창바이오·환경연구소에 구축된 세계 최고 성능의 1.2㎓ NMR 모습." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202410/27/dt/20241027151946584ptzb.jpg" data-org-width="540" dmcf-mid="6SOaZzj4Si" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202410/27/dt/20241027151946584ptzb.jpg" width="658">
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 한국기초과학지원연구원 오창바이오·환경연구소에 구축된 세계 최고 성능의 1.2㎓ NMR 모습.
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 <img alt="류경석(박사)첨단바이오의약연구부장과 김은희 NMR연구그룹장이 1.2㎓ NMR에 대해 설명하고 있다." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202410/27/dt/20241027151947836bdgb.jpg" data-org-width="540" dmcf-mid="PtJVwT41WJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202410/27/dt/20241027151947836bdgb.jpg" width="658">
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 류경석(박사)첨단바이오의약연구부장과 김은희 NMR연구그룹장이 1.2㎓ NMR에 대해 설명하고 있다.
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 <img alt="세계에서 22번째로 한국기초과학지원연구원에 구축된 세계 최고 성능의 1.2㎓ NMR 모습." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202410/27/dt/20241027151949021irpg.jpg" data-org-width="476" dmcf-mid="QBARS1dzyd" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202410/27/dt/20241027151949021irpg.jpg" width="658">
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 세계에서 22번째로 한국기초과학지원연구원에 구축된 세계 최고 성능의 1.2㎓ NMR 모습.
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 최근 방문한 충북 오창 한국기초과학지원연구원 오창바이오·환경연구소 내 핵자기공명분광기(NMR) 연구동. 
 물질의 분자 구조를 밝히는 첨단 연구장비인 NMR이 총 6대 구축돼 있었다. 400㎒부터 600㎒, 700㎒, 800㎒, 900㎒ 등 총 5대의 NMR 장비는 고체, 액체 시료 분석에 활용된다. 여기에 지난 8월 NMR 장비 중 세계 최고 성능인 1.2㎓ NMR이 설치돼, 시범 운영을 거쳐 내년부터 본가동에 들어간다. 
 NMR 장비는 다양한 상태의 시료를 분자·원자 수준에서 분석해 구조나 전자 분포의 상태 변화와 화학 반응을 파악할 수 있는 바이오 분야 핵심 연구장비다. 주로 유기화합물과 생체 분자, 고분자 등의 구조를 분석하는 데 활용된다.
 류경석 첨단바이오의약연구부장은 "NMR 장비는 생명체를 구성하는 기본 단위인 단백질 구조 기반 신약개발에 없어서는 안 될 장비"라며 "제약사들이 신약개발 과정에서 단백질 구조에 기반을 둔 표적 단백질-약물 복합체의 3차원 구조를 규명하는 데 활용된다"고 설명했다.
 흰색의 커다란 원통 모양인 1.2㎓ NMR 장비는 강력한 자기장을 생성하는 초전도자석과 RF 주파수의 펄스 생성·수신을 담당하는 프로브, 장비 제어와 데이터를 처리하는 콘솔 등으로 구성돼 있다. 구성 장비 중 초전도자석은 시료 내 원자핵의 스핀을 정렬시키고 에너지 차이를 발생시켜 NMR 신호를 얻게 해 준다. 프로브는 자기장에 놓인 시료에 RF 펄스를 가해 공명 현상을 유도하고, 발생된 NMR 신호를 검출한다. 
 NMR 장비는 자기장 속에 놓인 원자핵에 특정 주파수의 전자기파를 쏘면 에너지를 흡수하고 더 높은 에너지 준위로 이동하는데, 이 때 발생하는 신호를 분석해 시료의 분자 구조로 분석하는 원리로 작동한다. 주파수가 ㎒에서 ㎓로 높아질수록 단백질 구조를 보다 우수한 분해능과 정확도로 분석할 수 있다.
 지난 8월 연구소에 들여온 1.2㎓ NMR 장비의 가격은 189억원에 달한다. 세계적인 첨단분석장비 기업 브로커가 제조한 기기로, 세계적으로 22대밖에 없다. 기초지원연은 국내에서 유일하게 비유럽권 최초로 1.2㎓ NMR 장비를 도입했다. 
 가령, 대표적인 항암제인 글리벡에 내성을 가진 표적 단백질은 약물에 효과를 보이는 부위가 밖으로 드러나지 않아 기존 장비로는 분석에 한계가 있는데, 1.2㎓ NMR 장비로 보면 2차원뿐 아니라 3차원 등 다양한 스펙트럼 형태로 관찰할 수 있다. 지구 자기장보다 60만배가량 높은 자기장을 통해 극미량 물질의 측정과 구조 분석이 가능하다. 600㎒ 장비보다 3D 스펙트럼의 경우 8배 높은 분해능을 가진다. 
 기초지원연은 대형 연구장비 운영 경험과 세계적 수준의 분석과학 기술력을 바탕으로 국내 제약사와 신약 벤처기업, 스타트업, 대학 등과 신약개발 및 단백질 구조 분석 공동연구를 하고 있다. 연구실에서는 대학원생들이 900㎒ NMR 장비를 활용해 질환 관련 단백질 구조 분석에 몰두해 있었다. 얼마 전엔 신약 벤처기업이 자체 개발한 약물이 타깃 단백질에 잘 붙어 효능을 보이는지 약물작용기전(MOA) 공동연구를 했다. 
 김은희 NMR연구그룹장은 "1.2㎓ 장비를 이용하면 700, 900㎒ 장비에서 확인할 수 없는 단백질의 세세한 부분까지 분석할 수 있다"며 "특히 기존 장비로 관찰할 수 없는 숨겨진 생체분자 구조와 구조 변화까지 파악할 수 있다"고 말했다. 
 기초지원연은 바이오 제약사의 약물작용기전 규명을 위해 1.2㎓ 장비를 중심으로 플랫폼을 구축할 계획이다. MOA 규명은 비용 문제로 인해 국내 바이오 제약사들이 단독으로 하기 어렵다. 국내 바이오제약사의 기초연구와 임상연구 중개뿐 아니라, 독일 막스플랑크연구소, 스위스연방공대 등과 단백질 응집 유래 치매, 파킨슨 치료제를 위한 MOA 연구, 막단백질을 활용한 신약개발 연구도 추진할 계획이다.
 양성광 기초지원연 원장은 "NMR 장비와 극저온 투과전자현미경(Cryo-EM), 방사광가속기를 대형 첨단연구장비와 연계해 국내 신약개발 가능성을 높이겠다. 이를 바탕으로 국가 3대 게임체인저 기술 중 하나인 첨단바이오 연구를 뒷받침할 것"이라고 말했다. 오창(충북)/글·사진=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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