단백질체학

蛋白質體學

• 과학
• 개념
• 현대

집필 및 수정

• 집필 2014년
• 강윤재
• 최종수정 2023년 02월 07일

정의

세포 또는 개체에서 발현되는 전체 단백질을 총체적으로 연구하는 학문.

개설

단백질체는 세포 내의 한 유전체에서 생성될 수 있는 단백질 전체를 의미한다. 단백질체학은 단백질체의 기능과 단백질 사이의 상호 연관성, 즉 단백질 네트워크를 연구하는 학문이다. 주요 연구 방법은 단백질체의 성질 발현, 기능, 구조, 번역 후 변형, 다른 단백질과의 연관성 등에 초점을 둔다.

단백질은 ‘생물학의 모든 길은 단백질로 통한다.’라고 할 정도로 생물체의 구성 성분일 뿐만 아니라 세포 속의 촉매작용, 면역과 같은 생리작용 등 매우 중요한 역할을 수행한다. 가령 우리 몸의 질병이나 암은 이상 단백질의 생성에 따른 것인 까닭에 단백질의 생성 메커니즘을 충분히 이해할 수 있다면 이상 단백질을 치료하여 질병으로부터 벗어날 수 있을 것이다.

인간유전체사업의 목적은 인간 유전체를 파악하는 것이었지만, 그 궁극적인 목적은 단백질을 향하고 있었다. 유전자(유전체)를 단백질(단백질체)의 설계도로 보았던 까닭에 보다 단순한 유전체를 통해서 더욱 복잡한 단백질체를 알아낼 수 있다고 보았다. 그런데 이러한 가정이 잘못된 것으로 드러나면서 유전체-이후(post-genome) 연구에 대한 필요성이 제기되었고, 그에 따라 단백질체학의 중요성이 크게 부각되었다.

연원 및 변천

단백질체학은 역사가 매우 짧은 새로운 학문 분야이다. 단백질체학이란 용어는 1994년 이탈리아에서 열린 단백질 관련 학회에서 윌킨스(Marc Wilkins)가 ‘유전체에 의해 발현되는 단백질(protein expressed by a genome)’의 합성어로 단백질체(Proteome)에 학문을 의미하는 접미어(ics)를 붙여 프로테오믹스(Proteomics)라는 새로운 용어를 제안하면서 처음 사용되었다. 그렇지만 단백질체학에 대한 관심이 고조된 것은 인간유전체사업이 끝난 뒤였다.

2003년에 인간유전체사업이 종료되면서 과학자들은 혼란에 빠졌다. 단백질의 수가 10만 개였기 때문에 유전자의 수도 10만 개가 될 것으로 예상했는데, 그보다 훨씬 적은 3만 개 정도에 불과했기 때문이다. 3만 개의 유전자 청사진으로 10만 개에 달하는 단백질의 생성과정을 추적하기란 매우 어려울 수밖에 없다.

여러 개의 유전자가 하나의 단백질 생성에 간여할 수도 있고(다인자발현), 하나의 유전자가 여러 개의 단백질 생성에 간여할 수도 있기 때문이다(다면발현). 그러나 인간유전체사업을 통해 유전체에 대한 데이터베이스가 구축되었고, 생물정보학의 발전에 따라 시스템적으로 유전정보를 처리할 수 있는 능력이 향상되면서 단백질의 생성과정은 물론 그 구조와 기능을 직접적으로 연구할 수 있는 길이 열렸다.

현황

우리나라에서 단백질체학은 바이오 연구 및 산업의 중심으로 자리 잡아 나가고 있다. 이러한 현실을 반영하여 21세기 프론티어연구개발사업의 일환으로 프로테오믹스 이용기술 개발사업단이 발족하여 2003년부터 10년간 해당 분야의 연구가 진행되었다.

이는 세포 내 단백질의 생리적 기능 규명과 생명현상을 이해하고, 호발성 인체질환의 진단 및 치료제 개발을 위한 고부가가치 유용단백질 발굴을 목표로 삼았다. 그리고 뇌질환, 대사성질환, 심혈관질환, 면역질환의 질환표지 및 표적 단백질 발굴과 프로테옴 분리 분석기술, 단백질구조분석기술 개발에 연구비가 투입되었다.

의의와 평가

인간유전체사업이 성공리에 끝났음에도 불구하고 생명현상을 이해하고, 질병 치료와 신약개발에 획기적 전기를 마련해줄 것이라는 기대에는 크게 미치지 못했다. 그 대안으로 단백질체학이 등장했지만, 과연 기대를 충족시켜 줄 수 있을지는 미지수이다.

과학의 발전 경로에서 시행착오를 피할 수 없다는 관점에서 보면 단백질체학은 새로운 기대를 낳고 있지만, 유전자 중심주의 또는 유전자결정론이 유전공학을 지배하고 있다는 비판의 관점에서 보면 단백질체학의 등장은 또 한 번 예정된 실패의 길에 불과할 수 있다.

참고문헌

• - 『단백질체학 연구 및 활용 기술』(생물공학정책연구센터, 2009)

• - 「21세기프론티어연구개발사업: 프로테오믹스이용기술개발사업단」(유명희, 『분자세포생물학뉴스』15-1, 2003)