이기영 아주대 의대 의료정보학과 교수

바이오기술(BT)과 정보통신기술(IT)의 융합기법인 네트워크 바이올로지를 바이오 빅데이터 분석에 적용, 모든 단백질의 세포내 조건별 기능을 컴퓨터가 자동적으로 예측하는 방법을 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다.

이기영 아주대 의대 의료정보학과 교수, 허원기 서울대 생명과학부 교수, 성민경 미국 캘리포니아 공대 박사, 트레이 아이데커 미국 샌디에이고 캘리포니아 주립대 교수팀은 대용량 유전체 빅데이터와 단백질 상호작용 네트워크를 이용해 대량의 단백질이 특정 조건마다 세포내의 어느 위치로 이동해서 어떤 역할을 할지 컴퓨터가 자동적으로 예측할 수 있는 기법을 개발했다고 18일 밝혔다.

인체는 약 100조개의 세포로 이뤄져 있고, 각 세포에는 수만 개 이상의 단백질이 존재한다. 단백질이 각자 맡은 역할을 제대로 수행하려면 세포내 특정 위치로 이동해야 한다. 또 하나의 단백질은 하나 이상의 서로 다른 일을 수행할 수 있다. 이 때 단백질이 특정 조건에서 제대로 기능하지 못하거나 잘못된 역할을 수행하면 질병이 발생한다.
줄기세포가 특정 세포로 분화할 때에도 단백질 기능의 영향을 받는다.

그동안 인체에 존재하는 단백질이 특정 조건에서 어떻게 기능하는지 밝히려는 연구가 꾸준히 진행돼왔다. 그러나 생물학 실험만으로 이를 밝히는 것은 거의 불가능했다.

이에 IT기법을 이용해 자동으로 단백질 관련 정보를 예측하는 기술이 연구되고 있지만 질병의 유무, 세포의 분화, 외부 자극 등 특정 조건에서 단백질의 세포내 위치정보와 기능을 예측하는 방법은 발견되지 않았다.

이기영 교수팀은 특정 단백질이 어떤 단백질과 상호작용하는지를 의미하는 ‘친구’ 정보를 이용해 단백질의 위치정보와 기능을 예측했다. 또 개발된 기법을 전체 단백질에 적용해 외부자극 등 다양한 조건에서 어떻게 어디서 기능할지 예측했고 이를 생물학 실험을 통해 검증했다.

미래창조과학부의 중견연구자지원사업 및 선도연구센터육성사업(NCRC) 중 하나로 진행된 이번 연구는 여러 학문의 융합을 통한 창조적 기법 개발이라는 점에서 의미가 크다. 연구결과는 미국국립과학원회보(PNAS) 지난달 16일자 온라인판에 게재됐다. 연구팀은 개발한 기술과 관련해 몇 개의 특허를 등록했다.

이기영 교수는 “이번에 개발한 기술은 IT기법으로 대량의 단백질의 위치 정보와 기능을 예측하는 것으로 세계 최초로 시도됐다”며 “관련 기술은 질병의 진단 및 치료, 줄기세포 분화 등 분야 연구에서 핵심 원천기술이 될 것”이라고 설명했다. 이어 “앞으로 더 많은 컴퓨터 관련 IT 전공자가 의학 및 생명 분야와 융합한 연구를 수행해주길 바란다”고 덧붙였다.

이 교수는 암의 발병 유무에 따라 대량의 단백질이 세포내 어느 곳에 존재할지 컴퓨터가 자동 예측하는 방법을 처음 개발했다. 또 이 기술을 뇌종양 및 피부암에 적용, 암의 진단 및 치료에 도움되는 종양 특이적인 위치정보를 발굴했다. 이 연구결과는 2002년 세계적 과학저널인 ‘세포(Cell, IF 33.1점)’에, 2003년에는 ‘게놈연구(Genome Research, IF 14.4점)에 연이어 게재됐다.