단백질 생명공학기술연구실의 윤문영 교수 연구팀은 지난 22년 간 효소학 및 단백질체학 등 다양한 연구를 진행해왔다.
윤문영 교수 연구팀의 주요 관심 연구 분야는 질병의 조기 진단을 위한 초고감도 프로브 및 바이오센서 시스템 개발과 항생제를 대체하는 새로운 진단/저해제 발굴이다. 이 외에도 박테리아, 식물, 또는 동물의 생체 내 중요한 역할을 하는 단백질들의 기능적, 구조적인 특징을 밝혀내기 위한 연구를 진행하고 있다.

▲ 윤문영 한양대학교 단백질 생명공학기술연구실 교수

윤문영 교수 연구팀은 다양한 생화학 및 분자생물학적 기술들을 응용, 새로운 질병 진단법 개발을 최우선 목표로 연구에 임하고 있으며, 다양한 질병의 조기 진단을 위하여 각 질병과 관계된 표지마커(biomarker)를 이용한 독창적인 진단 시스템을 개발하고 있다. 윤문영 교수를 만나 자세한 얘기를 들었다.

펩타이드, 앱타머를 이용한 초고감도 질병 진단 시스템 개발
윤문영 교수 연구팀은 작은 단백질 조각으로 구성된 펩타이드를 파지(phage)에서 발현하여 선별하는 파지 디스플레이(Phage display) 기술과 30~60개의 핵산으로 구성된 앱타머(aptmer)를 스크리닝하는 셀렉스(SELEX) 기술, 이 외에도 펩타이드 혹은 앱타머를 고분자에 연결하는 새로운 개념의 다중인식 펩타이드/앱타머 고분자(PDPP/PDAP) 합성기술, 유전자 조작 기술, 단백질 정제 기술 및 다양한 분자 생물학적 기술을 응용하여 질병 유발 표지마커에 대한 연구를 통하여 새로운 질병 진단법과 치료법 개발을 목표로 연구를 진행하고 있다.

이와 같은 기술들을 이용한 대표적인 연구결과로는 지난 2001년 9.11 테러 이후 바이오테러 물질로 알려진 탄저 독소 유발 단백질에 특이적으로 결합하는 펩타이드, 앱타머, PDPP/PDAP를 이용한 진단 시스템을 개발하였으며, 더 나아가 나노구조체를 이용한 초고감도 탄저 진단시스템을 개발하였다. 이 결과는 2011년 ‘어드밴스드 메테리얼(Advanced Materials)’이라는 재료공학분야의 세계적 학술지에 발표되어 그 우수성을 인정받았다. 주된 연구 내용은 단일 펩타이드가 갖는 결합력과 검출한계 향상을 위한 다중인식 펩타이드 고분자를 산화아연 나노 구조체 표면에서 탄저 독소단백질을 검출하는 탄저병에 대한 초고감도 진단 시스템 개발이다.

또한 탄소 원자로 이루어진 얇은 막의 그래핀과 앱타머를 이용한 탄저 독소 단백질을 검출하는 앱타센서의 연구 결과가 2013년 나노공학의 저명한 학술지인 ‘스몰(Small)’에 게재되었다. 이 외에도 윤문영 교수 연구팀은 여러 인체 질병을 대상으로 한 질병 진단 및 치료 시스템 개발에 매진하고 있다. 그 대표적인 예로 알츠하이머 질환의 원인물질로 알려진 베타-아밀로이드(β-amyloid) 검출 프로브 및 조기 진단 시스템 개발이 박사 후 연구원인 이상춘 박사를 주축으로 진행 중이며, 한국연구재단의 지원으로 혈중 암 줄기세포의 표지마커인 CD133, CD44, Her2(뇌암, 유방암, 혈액암 등)를 인식하는 프로브 발굴을 통한 다종 암 진단 및 치료제 개발, 가축 도축 전 존재하는 잔류 항생제 검출 KIT 개발을 위한 프로브 발굴 연구도 농림수산식품기술기획평가원의 지원을 받아 연구가 진행 중이다.

이 외에도 저분자 프로브를 이용한 질병의 조기 진단 기술을 넘어 치료제 개발 연구에도 박차를 가하고 있으며, 한국연구재단의 지원을 통해 다제내성 결핵 치료제 개발을 위한 연구가 진행 중이다. 결핵균의 측쇄사슬 아미노산 합성과정에 관여하는 AHAS 효소를 타겟으로 한 고속검정 스크리닝 기술을 통해 타겟 효소 활성 억제 화합물을 선별하였고, 셀렉스 기술을 통해 앱타머를 발굴했다.

연구팀은 신약개발에 필수적인 분자 모델링(Modeling)과 도킹(Docking) 기술을 통해 선별된 화합물 및 앱타머와 타겟 효소 간 상호작용 분석 및 결합부위를 예측하였다. 선별한 화합물 및 앱타머는 한국결핵연구원과의 공동 연구를 통해 생체 외 뿐 아니라 생체 내 수준에서도 기존의 결핵 치료제와 비슷한 수준의 최소 저해농도를 나타냄으로써 결핵 치료제로의 응용 가능성을 한 단계 높이는 결과를 확보하였다.

생명공학 기술을 통한 진단 KIT 개발 및 건강 증진 기여
윤문영 교수 연구팀의 존재감은 질병 진단 분야에서 군계일학이다. 생명현상의 메커니즘 및 각 분자들의 특성을 규명하고, 각 분자가 하나의 생명체를 이루는데 어떻게 관여하는지를 이해하는데 집중하고 있다. 연구팀은 더 나아가 유전자 재조합 기술을 이용한 신기능성 물질 개발에 이바지할 인재를 육성하는데 만전을 기하고 있다.

윤문영 교수는 이렇듯 다양한 연구를 통해 국제저명 학술지에 약 170편의 논문과 17건의 특허 등 연구결과를 발표하여 과학기술 발전에 이바지하였으며, 뿐만 아니라 대한민국을 이끌어갈 후학 인력 양성에도 많은 기여를 하고 10명의 박사 및 31명의 석사를 배출하였고, 이들이 대학교수, 기업 및 병원 등 다양한 분야에서 연구에 임하고 있다. 현재 윤문영 교수 이하 11명의 박사 후 연구원 및 석박사 과정의 학생들이 연구에 매진하고 있으며, 이처럼 밤낮없이 연구에 열을 올리는 이들이 있어 향후 대한민국 미래는 밝다. 현재 연구팀의 이상춘 박사는 윤문영 교수의 지도  하에 세계최초 연구인 다양한 구조체의 고분자와 생체적합성 작은 분자인 펩타이드 및 앱타머를 이용하여 특정 질병을 진단하고 동시에 치료가 가능한 테라그노시스 물질을 개발 중이다.

기존에 보고된 테라그노시스 물질의 경우 거대한 크기, 복잡한 합성과정 및 낮은 효율성으로 실제 질병 진단 치료에 많은 한계점을 가졌다. 윤문영 교수와 이상춘 박사는 이러한 한계점을 극복하고자 각 질병에 대한 원인 물질에 따라 다양하게 크기를 조절하여 각각의 환경에 적합한 새로운 형태의 테라그노시스 물질을 개발 중이다. 기초과학과 응용과학에 관한한 폭 넓은 안목과 역량으로 바이오 기술과 나노기술 등 첨단공학이 융합된 생명공학 기술을 도입한 윤 교수는 현재 다양한 표적에 대한 펩타이드 및 앱타머를 개발하고 프로브와 고분자와의 연결, 나노 구조체를 이용한 광학적, 전기화학적 방법 등 다양한 분석방법에 응용하여 질병의 초고감도 진단 및 항생제 검출에 관한 연구를 진행 중이다. 윤 교수는 “지금까지의 연구 결과를 바탕으로 실생활에서 현장 적용 가능한 간편한 진단 KIT 및 바이오센서를 개발하여 실용화된 기술로 활용될 수 있도록 연구에 매진할 것”이라고 포부를 밝혔다. NM