단백질의 힘이 밝혀지는 방법

University of Kent의 Light Gas Gun은 다루기 힘든 장치로, 나에게는 총이라기보다는 선반처럼 보입니다.

육중한 외관에도 불구하고 이 총은 초당 1.5km, 즉 총알 속도의 거의 두 배인 약 3,500mph의 속도로 발사체를 발사할 수 있습니다.

오늘은 완두콩보다 약간 작은 현무암 조각을 담아 아주 특별한 젤로 폭발시킬 예정입니다.

젤은 단백질 탈린으로 만들어졌습니다. 또는 적어도 충격을 흡수하는 놀라운 능력을 제공하기 위해 정제되고 조정된 단백질 버전으로 만들어졌습니다.

우리는 총기실 밖으로 끌려나갔고, 빠른 카운트다운 후 총기 조작원인 Luke Alesbrook이 버튼을 눌러 총을 발사했습니다.

표적이 제거됨에 따라 총구 내부에서 연기가 뿜어져 나옵니다. 검사 결과 젤이 약간 밀렸지만 놀랍게도 여전히 손상되지 않았습니다.

중요한 것은 젤 뒤의 금속판이 손상되지 않는다는 것입니다. 젤이 없었다면 현무암이 접시에서 덩어리를 찢어버렸을 것입니다.

Talin은 독특한 기계적 특성 덕분에 힘을 흡수할 수 있습니다. 그 구조에는 다발을 형성하는 단백질의 구성 요소인 아미노산의 나선형이 포함되어 있습니다. 다발을 잡아당기면 단백질의 길이가 10배로 늘어납니다.

응력이 풀리면 다발은 마치 스프링처럼 원래 위치로 돌아갑니다.

Ben Goult 교수는 탈린의 구조와 그것이 힘에 어떻게 반응하는지 연구했으며, 그의 동료인 Jennifer Hiscock 교수와 함께 탈린을 충격 흡수 물질로 만드는 아이디어를 생각해 냈습니다.

"문자 그대로 Ben의 사무실에 들어갔는데 그는 자신의 훌륭한 단백질에 대해 이야기하고 있었습니다. 그리고 저는 우리가 방탄 조끼를 만들어야 한다고 말했습니다. 이것이 우리가 해야 할 일입니다."라고 그녀는 말합니다.

2016년부터 그들의 팀은 탈린 단백질을 격자로 결합하는 방법을 개발했습니다. 이는 거의 만화와 같은 스트레칭 및 리바운드 능력을 갖춘 그물과 같습니다.

2005년부터 탈린의 기계적 특성과 그 구조를 연구하는 데 참여한 Goult 교수에게는 오랜 시간이 걸렸습니다.

"쉬운 일이 아니었습니다. 우리 6명으로 구성된 팀이 탈린의 단백질 구조를 알아내는 데 4년이 걸렸고, 탈린이 힘에 어떻게 반응하는지 알아내는 데 또 4년이 걸렸습니다."라고 그는 말합니다.

단백질은 해독하기 복잡한 분자입니다. 그것들은 마치 끈에 달린 구슬처럼 아미노산 사슬로 이루어져 있습니다. 자연적으로 발생하는 아미노산(또는 구슬)은 20가지가 있으므로 이들이 결합할 수 있는 방법은 엄청나게 많습니다.

전통적으로 이러한 구조를 연구하는 데는 전자현미경과 X선 결정학을 사용했는데, 이 과정에는 수년이 걸렸습니다.

그러나 최근 몇 년 동안 인공지능(AI)은 수억 개의 단백질 구조를 예측하면서 이 과정에 혁명을 일으켰습니다.

중요한 사건은 2020년 11월에 AlphaFold가 CASP 14에서 최고의 성능을 발휘했을 때 발생했습니다. CASP 14는 다양한 컴퓨터 프로그램이 단백질의 구조를 예측하는 2년마다 평가되는 평가입니다.

AlphaFold는 경쟁 시스템보다 성능이 뛰어났을 뿐만 아니라 경쟁 시스템을 훨씬 뛰어넘는 정확도로 단백질의 구조를 예측했습니다.

Google의 모회사인 Alphabet의 AI 부문인 런던에 본사를 둔 DeepMind의 다른 사람들과 함께 AlphaFold 개발을 도운 Kathryn Tunyasuvunakool은 "정말 말도 안 되는 일이었습니다."라고 말합니다.

"우리는 내부적으로 CASP에 대해 꽤 좋은 결과를 얻었다는 것을 알고 있었습니다. 하지만 다른 사람들도 비슷한 결과를 얻을 수 있을지는 전혀 확실하지 않았습니다. 마진은 다른 그룹과 비교되었습니다."라고 Tunyasuvunakool 씨는 말합니다.

AlphaFold의 해당 버전인 AlphaFold2는 매우 훌륭하여 다음 대회에서 최고의 성적을 거둔 모든 팀이 이 버전을 사용했습니다.

AlphaFold와 그 자손 덕분에 단백질 구조의 데이터베이스는 수십만 개에서 수억 개로 늘어났습니다.

과학자와 연구자들, 특히 약물 개발 분야에 있어 이것은 대박입니다. 암세포에 결합하는 것과 같은 특정 용도에 유망해 보이는 구조를 가진 단백질은 이전보다 더 빨리 식별될 수 있으며 연구 속도가 가속화되었습니다.