미국 과학자들이 컴퓨터를 이용해, 복잡한 막단백질(transmembrane)을 디자인하고, 실제로 만들 수 있었다고 보고했다. 이번 연구를 통해 연구진은 자연에서 존재하지 않는 막단백질을 만들 수 있게 될 것이라고 말했다. 관련 연구는 Science(2018)에 게제되었다 (DOI: 10.1126/science.aaq1739).

자연에서 막단백질은 모든 세포와 세포 조직에 깊숙히 박혀 있다. 이들 막 단백질이 정상적으로 기능하는 것은 중요하다. 예를 들면 자연에서 관찰되는 막단백질은 특정한 기질이 생물학적인 막을 통과할 수 있는 게이트웨이 역할을 한다. 어떤 막단백질은 세포 신호를 받거나 전달하기도 한다. 이런 역할들 때문에 많은 약물들이 막단백질을 타깃으로 하고 있으며, 막단백질의 기능도 바꾼다. 하지만 막단백질이 어떻게 모여서 작동하는지에 대한 질문은 매우 어려운 것이었다. 막단백질이 세포막 안에 깊숙히 박혀있어, 다른 단백질에 비해 연구하기가 매우 어렵다고 알려져 있었다.

이번 연구에서는 Rosetta라는 컴퓨터 프로그램을 이용해서 단백질 구조를 예측하고, 합성을 통해 디자인 단백질이 예측된 구조를 형성하고 있는지를 조사한 것이다. 단백질 구조는 단백질의 기능을 결정하기 때문에 매우 중요하다 .

사용된 Rosetta 프로그램은 단백질 구조를 예측할 수 있으며, 단백질 구조 내의 상호작용을 설명할 수 있었고, 가장 낮은 에너지 상태를 계산할 수 있었다고 연구진은 주장했다. 그러나 수 천개의 구조 모델 중에서 가장 안정한 에너지 상태를 예측하는 것은 쉽지 않은 일이다. 이번 연구에서는 계산 결과를 통해 얻어진 모델 구조가 실험을 통해 얻은 구조와 정확히 일치한다는 것을 보여주었다.

이번 연구에서는 215개로 이루어진 아미노산이 박테리아와 포유동물 세포 내에서 디자인된 막 단백질을 만들 수 있었다고 밝혔다. 이렇게 만들어진 단백질은 열적으로 매우 안정했으며, 세포막 위에서 올바른 방향을 하고 있었다고 연구진은 말했다. 자연에서 발견되는 막단백질과 달리, 이번에 만들어진 막단백질은 안정한 다중 단백질 복합체인 이합체, 삼중체, 및 사중합체를 형성할 수 있다고 연구진은 밝혔다.