664…NICE, 제22권 제6호, 2004
(Ⅰ)
유 영 제
서울대 응용화학부, yiyoo@snu.ac.kr
단백질은 인체에서 매우 중요한 구성요소의 하나이다. 또 산업적으로도 BT(Biotechnology) 분야 중 시장성 등을 고려할 때 제일 크고 중요 한 분야이다. 본 고에서는 단백질 분자공학에 대하여 개괄적으로 살펴보고, 2회에 걸쳐 다양 한 주제에 대하여 세부적으로 고찰하고자 한다.
참고로, 단백질 공학(protein engineering)이 란 용어는 단백질의 개량과 관련된 좁은 의미로 사용되므로 본 고에서는 단백질 분자공학이란 용어를 사용했다. 최근 산업자원부가 지원하는 단백질 생산공학 석·박사 인력양성 사업에 필 자가 속한 대학이 사업단으로 선정되었기에 참 여교수들을 필진으로 요청하였다.
단백질(Protein)은 탄수화물, 지방과 더불어 우리 몸을 구성하는 3대 요소의 하나로서 아미 노산이 펩타이드 결합으로 연결되어 있는 거대 분자(macromolecule)이다. 기능에 따라 단백질 을 분류하면 생촉매 작용을 하는 효소(예:pro- tease, amylase), 수송단백질(예:hemoglobin), 영양 및 저장단백질(예:casein), 운동성단백질 (예:actin, myosin), 구조단백질(collagen, keratin), 방어단백질(예:antibody), 조절단백 질(예:insulin, growth hormone) 등이다. 이와 같이 단백질은 우리 몸을 구성하고 활동하는데 매우 필수적인 성분이다.
단백질은 다음과 같이 산업용 효소, 치료용단
백질, 바이오칩 등에 사용되는데 1980년 이후 치료용단백질이, 2000년 이후 바이오칩의 개발 이 본격화됨에 따라 단백질에 대한 관심과 산업 적 중요성이 계속 커지고 있다.
단백질관련 제품은 BT 분야 중 전통적인 발 효기술에 의한 알코올, 장류, 김치류 등의 발효 식품 분야를 제외하면 제일 큰 시장을 갖고 있 으며 성장 잠재력 또한 제일 높은 것으로 판단 된다. 2001년 단백질 제품의 시장규모는 의약품 단백질 222억불, 산업용 단백질 141억불로 합하 여 363억불이며 2011년에는 1,100억불로 성장 할 것으로 예상된다.
단백질 분자공학과 관련한 학문기술 분야로 는 단백질화학, 단백질체학(Proteomics)등의 기초학문분야, 단백질 생산공학, 효소반응공학, 단백질 전자공학 등의 응용 기술분야가 있다.
따라서 단백질 분자공학을 발전시키기 위하여 는 단백질 분자, 단백질 생산기술, 그리고 단백 질의 응용기술에 대한 이해가 필수적이다. 단백 질을 치료용으로 응용하기 위하여는 약학 및 임
<단백질 분자공학의 관심 분야>
효소공학, 치료용,
단백질,
진단용, 단백질 칩, 1970년대, 1980년대, 1990년대,
2000년대,
2010년대, 치료용,
항체,
환경정화, 효소기술, 효소연료전지, 바이오컴퓨터용, 단백질, Chemical,
합성용 효소,
특·별·기·획
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 6, 2004…665
단백질은 유전 정보에 따라 세포 내 소기관인
리보솜(Ribosome)에서 만들어진다. 현재 단백질 계 의약품은 유전자 조작을 통해 목적 단백질의 DNA를 숙주 세포(Host Cell)의 DNA에 도입한 뒤 이 세포를 배양시키는 방법으로 얻고 있다. 즉 세포가 성장하면서 유전 정보에 의해 수많은 단백 질이 만들어지는데 이들 중 하나인 목적 단백질을 분리하여 사용하는 것이다.
세포배양법을 통한 충분한 양의 단백질 확보에
는 여러 가지 제약이 따른다. 살아있는 세포이므 로 얻고자 하는 단백질만 우세하게 합성하도록 조 절할 수 없고, 세포가 성장하면서 생성되는 효소 에 의해 만들어진 단백질이 분해, 변형되기도 한 다. 합성하고자 하는 단백질이 그것을 합성하는 숙주 세포의 성장을 저해하는 물질로 작용할 경우 세포 배양을 통해서는 합성이 불가능하다. 이러한 살아있는 세포에서 기인된 문제를 극복하고자, 세 포 외 환경에서의 인위적인 단백질 발현을 유도하 최 차 용
서울대 응용화학부, choicy@snu.ac.kr
상의학 분야와의 공동연구가 필요하며, 바이오 컴퓨터 등 단백질 전자공학 분야의 연구개발에 는 IT분야와의 협조가 필요하다. 그러나 일반적 으로 단백질 제품의 연구개발 및 생산에는 단백 질화학, 단백질체학 등의 기초분야를 이해하고, 단백질 생산기술, 효소반응기술, 단백질칩 등 응 용분야의 교육을 받은 공학자(Biochemical
engineering)의 역할이 제일 중요할 것이다.
단백질이 BT산업에서 차지하는 비중은 제일 크다. 단백질 분자공학 분야에 종사는 우리나라 연구자는 개별적으로 세계최고 수준의 연구결 과를 발표하고 있지만, 절대적인 연구인력의 부 족으로 산업적인 파급효과가 크지 않아 산업적 인 기여로는 외국에 비하여 떨어지는 것으로 생 각된다.
이를 극복하기 위해서는 이 분야의 관련 교수 및 연구인력을 네트워킹화하고 산업적인 또는 학문적인 영향(impact)이 큰 분야에 그룹으로 노력을 집중할 수 있도록 지원이 필요하다. 국 가차원의 단백질 생산공학 연구센터, 효소공학 연구센터, 화학생물공학 연구센터 등과 같은 조 직적인 접근이 요구된다고 하겠다.
응용,
기초,
단백질 분자공학,
산 업 화,
단백질 생산기술, 효소공학, 단백질 전자공학, 화학공정공학,
단백질화학, 단백질체학,
약학, 임상의학,
전자공학, 컴퓨터공학, 동·식물 세포배양,
미생물배양, 무세포단백질합성, 생물분리정제,
효소개량기술, 효소반응공학, 효소반응기공학,
단백질칩 제조, 바이오 컴퓨터 기술,
단백질 특성, 단백질 구조분석,
단백질 구조 예측, 단백질 활성 예측,
< 단백질 분자공학 관련기술 >
