과학기술정보통신부는 서울대학교 생명과학부 마틴 슈타이네거 교수 연구팀이 대규모 단백질 구조 빅데이터를 초고속으로 분석할 수 있는 다중 정렬 기술 '폴드메이슨(FoldMason)'을 개발했다고 30일 밝혔다.
이번 연구는 단백질 구조를 비교·분석하는 과정에서 필수적인 정렬(Alignment) 속도를 획기적으로 높인 것이 핵심이다. 단백질은 아미노산 서열이 접혀 만들어지는 3차원 구조를 통해 생명 기능을 수행하기 때문에 구조 진화를 이해하는 것은 신약 개발과 치료법 연구에 중요한 기반이 된다.
최근 AI 기술 발전으로 방대한 단백질 구조 데이터가 쏟아지고 있지만, 기존 분석 기술은 연산 속도와 확장성에 한계를 보여 왔다. 특히 단백질 간 유사성이 너무 낮아 기존 방식으로는 비교 자체가 어려웠던 '트와일라이트 존(Twilight Zone)' 영역은 오랜 난제로 남아 있었다.
연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 단백질의 3차원 구조 정보와 아미노산 서열 정보를 통합적으로 분석하는 소프트웨어 FoldMason을 새롭게 개발했다.
FoldMason은 기존 구조 정렬 기술보다 100배에서 최대 1천배 빠른 속도를 내면서도 높은 정확도를 확보해, 수십만 개 단백질 구조를 한꺼번에 비교할 수 있는 세계 최고 수준의 성능을 갖췄다.
이를 통해 연구진은 그동안 분석이 어려웠던 트와일라이트 존을 포함해 거의 모든 단백질 계열을 폭넓게 비교·분석할 수 있는 길을 열었다는 설명이다.
연구팀은 FoldMason을 활용해 인간과 박테리아처럼 전혀 다른 생명체에서도 바이러스에 대항하는 핵심 단백질 설계도가 수십억 년간 거의 변하지 않고 유지돼 왔다는 사실도 확인했다. 이는 면역 시스템의 기원을 밝히는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 평가된다.
이번 성과는 과기부의 기초연구사업과 합성생물학 기술개발사업 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
슈타이네거 교수는 "수십억 년에 걸친 단백질 진화를 대규모로 추적할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다"며 "질병 관련 단백질의 기능 차이를 규명하고 새로운 신약 표적 발굴에도 기여할 것"이라고 밝혔다.
과기정통부 구혁채 제1차관은 "슈타이네거 교수는 단백질 구조 분석 등 AI-바이오 분야에서 탁월한 연구 성과를 창출할 유망주로 기대된다"며 "국내로 초빙된 외국 석학들이 국내 연구 역량 확보에 보탬이 될 수 있도록 연구 과제와 정주 여건 등 다양한 지원을 지속하겠다"고 밝혔다.