아주대학교 유태현 교수 연구실

연구실 개요

아주대학교 유태현 교수 연구실(합성단백질공학 연구실; Synthetic Protein Engineering Lab)은 단백질 공학 기술(단백질 디자인, 방향적 진화, 비천연 아미노산 삽입, 기계 학습등)을 통해 새롭고 유용한 생물학적 시스템을 개발하고 있다. 대표적인 연구 분야는 효소 개량, 단백질 접합, 단백질 스위치로 이를 화합물 생산을 위한 생전환, 바이오의약품 개발, 질병 진단 센서 개발, 세포공학 등에 응용하고 있다. C1 가스리파이너리 사업단에서는 ‘C1가스 부산물 이용 효소 및 시스템 개발’ 과제에 참여하여 관련 효소 개량 연구를 수행하고 있다.

주요 연구내용 소개

Methane Monooxygenase (MMO) 개량

메탄자화균 유래 Methane Monooxygenase (MMO)는 메탄을 메탄올로 전환할 수 있는 효소로 메탄의 상업적 이용을 가능하게 할 수 있는 후보 효소이지만 산업적으로 사용하기에는 낮은 활성등 단점이 있다. 그럼에도 불구하고 MMO는 메탄자화균 이외 다른 균주에서 활성형 발현이 힘들어 현재까지 뚜렷한 연구가 진행되지 않은 상태이다. 본 연구에서는 충남대와 공동연구를 통해서 ‘무세포 단백질 발현(Cell Free Protein Synthesis)’ 시스템을 이용하여 발현된 MMO가 메탄을 메탄올로 전환할 수 있음을 확인하였다. MMO 개량을 위해서 생전환 산물인 메탄올을 고속/병렬로 측정할 수 있는 발색 분석방법(alcohol oxidase-MBTH assay)을 개발하였고, 구조를 기반으로 제작한 MMO 라이브러리에대한 스크리닝을 진행하고 있다.

Aldehyde Dehydrogenase(ALDH) 개량

3-Hydroxypropionic acid(3-HP)는 다양한 용도를 갖는 플랫폼 화학물질로 효소의 생전환을 통해 글리세롤로부터 생산 가능하다. 하지만 생전환 과정 관련 효소(Aldehyde Dehydrogenase; ALDH)의 상대적으로 낮은 활성으로 인해 축적되는 3-Hydroxypropionaldehyde(3-HPA) 중간체의 독성은 산업적 공정 개발에 한계로 보고되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 방향적 진화 전략을 이용하여 ALDH의 활성을 높이는 연구를 진행하고 있다. 최근에는 기계학습을 ALDH 개량에 적용하는 연구를 진행하고 있고, 이를 통해서 효율을 획기적으로 높일 수 있는 효소개량 방법을 개발하고자 한다.

광반응펩타이드 기반 위치-특이적 항체 수식화 기술 개발

세포 독성을 갖는 분자(단백질 독소 또는 소분자약물)와 질병 세포를 표적하는 항체가 접합된 항체 접합체 의약품의 개발에 대한 니즈는 증가하고 있으나, 차세대 의약품 개발을 위해서 필수적인 위치-특이적 항체 접합체 제조 기술은 항체의 재엔지니어링 또는 효소/화학적 변형을 필요로 하기 때문에 개발되거나 개발 중인 다양한 항체에 적용하는데 제한적인 한계가 있다. 본 연구실에서는 비변형 단일클론항체를 위치-특이적으로 수식화 할 수 있는 광반응펩타이드 기반 플랫폼 기술[PEptide-DIrected Photocrossling(PEDIP) Technology]을 개발하고 이를 이용하여 항체 접합체 의약품(면역독소, 항체-약물 접합체) 후보물질을 발굴하는 연구를 진행하고 있다.

단백질 스위치 개발

특정 프로테아제에 의해 활성화될 수 있는 효소인 자이모겐을 개발하는 연구를 진행고 있고, 이를 이용하여 질병과 연관된 프로테아제의 활성을 정량하는 분석법을 개발하였다. 또한, 자이모겐이 특정 프로테아제와 가깝게 위치하였을 때 활성화되는 점을 이용하여 핵산(DNA, RNA)을 검출하는 방법(Proximity Proteolysis Reation; PPR)을 개발하였다. 현재는 디자인한 검출 방법을 다른 종류의 바이오마커인 단백질과 소분자 검출에 적용하기 위한 연구를 진행하고 있다.

연구실 현황

합성단백질공학 연구실은 현재 박사과정 5명 (외국인 2명), 석사과정 2명으로 이루어져 있다. 단백질과 관련된 다양한 연구를 하는 만큼 본인이 원하는 연구 분야를 선택해 연구를 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 최근 연구 결과들이 Angewandte Chemie, ACS sensors, Bioconjugate Chemistry, Analytical Chemistry, Metabolic Engineering 등 다양한 저널에 발표되었다. 지금까지 박사 1명, 석사 9명을 배출하였으며, 각자 연구한 결과를 바탕으로 각종 바이오텍 회사 (제약, 바이오센서, 화학소재)에 취업하여 일하고 있다.