단백질 및 효소의 재설계기술은 유전체 및 환경유전자로부터 유용한 유전자원을 화보하여, 안정성 및 기능을 개량하고 바이오촉매로 활용하는 기술로, 합성생물학이라는 규명발굴중심의 BT분야를 엔지니어링 중심으로 재조명하여 다양한 가공 및 활용이 가능하도록 재구성하는 학문분야로, 단백질/효소공학기술의 경쟁력을 강화하기 위한 노력이 필요하다.
<h1>서 론</h1> <p>단백질 및 효소의 재설계기술은 유전체 및 환경유전자로부터 유용한 유전자원을 화보하여, 안정성 및 기능을 개량하고 바이오촉매로 활용하는 원리 및 기술이다. 이 기술은 에너지, 산업, 농업, 환경, 보건 분야에서 지속가능한 성장을 위한 해결책을 제시할 것으로 예측되며, 구조예측 및 분자 진화를 결합하여 실용적 기술로 활용하기 위한 기대가 높아 지고 있다. 이는 점차 현실화 되고 있는 화석연료의 고갈 및 자원무기화에 대비하여 새로운 성장산업을 발굴하려는 세계적 노력의 일면을 보여주는 것으로, 우리나라에서도 단백질/효소공학기술의 경쟁력을 강화하기 위한 노력이 필요하다 하겠다. 그동안 단밸질/효소공학기술은 키랄 화합물의 효율족 합성을 위하여 특이적 효소를 발굴, 발현 및 개량하는 연구가 주를 이루어 왔는데, 이는 의약, 농약, 향료, 색소 등 대부분의 물질이 R- 또는 S-형의 한 형태만이 생리활성을 나타내는 키랄 화합물임에 기초한 것이다. 최근에는 이러한 전통적 주제 외에도, 대사 제어를 위한 조절단백질의 개량, 대사 효소의 개량, 바이오나노목적 소재의 개발 등 다양한 바이오소재 개발에도 활용이 증가되고 있다. 이러한 노력들은 합</p> <p>성생물학(synthetic biology), 즉 규명발굴중심의 BT분야를 엔지니어링 중심으로. 재조명하여 다양한 가공 및 활용이 가능하도록 재구성하는 학문분야의 등장과 괘를 같이 한다. 단 백질공학자들에게 있어서 합성생물학은 단백질, 핵산 등의 도메인을 재설계하거나 기능을 조합하여 상호결합, 세포신호조절, 신호방출 등의 프로그래밍에 이용할 수 있는 바이 오브릭(biobricks)의 창출기술로 대변될 수 있다. 예를 들면, 우라늄 · TNT같은 물질들을 검출하는 생물학적 체계를 구축하거나, 질병 바이러스나 암세포를 선택적으로 공격하도록 하는 지능형 미생물을 구축하는데 필요한 여러 기능을 조합한 융합단백질을 개발하는 연구를 예시할 수 있다. 이러한 합성생물학적 연구를 수행하기 위해서는 바이오분자의 기능을 재설계하여 관련분야에 폭넓게 활용할 수 있도록 하는 요소기술들, 특히 바이오소재의 구조 · 기능적 재설계와 분자진화연구에 대한 이해가 중요하다. 따라서 아래에서는 1) 분자진화기술, 2) 모듈성 기반 단백질설계기술, 3) 단백질공학기술의 새로운 적용에 대하여 살펴보고자 한다.</p> <h1>본 론</h1> <h2>방향성 분자진화기술(directed evolution)</h2> <p>방향성 분자진화기술은 자연계에서 오랜 시간에 걸쳐 일어나는 진화를 연구실의 인위적인 공간내에서 단시간에 모방하는 과정으로서, 유전자정보를 다변화하는 분자생물학적 라이브러리의 제조기술을 근간으로 한다(Fig. 1). 즉 다양한 염기서열 변이체로 이루어진 효소 라이브러리를 생성시킴으로써, 물리적 생화학적 특성이 다양화된 변이체 집합군을 확보하는 것이 일차적인 과정이다. Maxygen사는 조합적 라이브러리기술, 탐색기술로 이어지는 단계를 반복적으로 수행하여 "선택"에 의한 "진화"를 달성하는 DNA shuffling기술을 개발하여 최초로 사업화하였으며, 최근에는 바이오촉매의 개량뿐만 아니라, 항체 및 백신 개발, 유전자 치료, 신약 개발, 유용 균주 개발이나 벡터 개량연구로도 활용분야가 확대되고 있다.(Table 1).</p>