GIST, 단백질에 ‘기능성 꼬리’ 달아 뭉침 현상 막는다… 바이오의약품 보관 신기술 개발 – 신소재공학과 권인찬 교수팀, 단백질 끝에 붙이는 초소형 태그 개발… 단백질끼리 뭉쳐 가라앉는 현상 줄여 – 37℃에서 7일 보관 후 항체 의약품 ‘허셉틴’ 유래 단백질 회수율 40%→95% 향상, 최대 28일 보관 실험에서도 응집 감소 효과 확인… 국제학술지 ≪Biomacromolecules≫ 게재 ▲ (왼쪽부터) GIST 신소재공학과 권나현 박사후연구원, 김영채 석사, 권인찬 교수 광주과학기술원(GIST·지스트, 총장 임기철)은 신소재공학과 권인찬 교수 연구팀이 항체 조각* 기반 단백질이 보관 중 서로 뭉쳐 가라앉는 현상을 줄이는 초소형 기능 성 꼬리(태그) ‘CLEAR(클리어)’를 개발했다고 밝혔다.
CLEAR는 대상 단백질 끝에 꼬리처럼 연결하는 짧은 아미노산 사슬(펩타이드)이다. 연구팀은 암 치료에 사용되는 항체 의약품에서 유래한 두 종류의 단백질을 대상으 로 실험해 CLEAR의 응집 억제 효과를 확인했다.
* 항체 조각: 항체의 표적 인식 부위를 활용해 만든 작은 단백질. 특정 표적에 결합하는 특성을 이용해 진단·치료 기술에 사용된다. ▲ CLEAR의 설계 및 응집 감소 개념도. CLEAR는 전하와 길이를 조절할 수 있는 유연한 펩타이드 사슬로, 단백질 주변의 공간 점유와 전기적 반발력을 통해 큰 불 용성 응집체와 침전물의 형성을 줄이도록 설계됐다.
항체 등 단백질 기반 바이오의약품은 생산하거나 보관하는 과정에서 단백질끼리 뭉치는 응집 현상이 발생할 수 있다. 특히 단백질이 큰 덩어리로 뭉쳐 가라앉으면 회수할 수 있는 단백질의 양이 줄어들어 생산 효율이 떨어지고 품질 관리도 어려 워진다.
이러한 문제를 줄이기 위해 단백질 바이오의약품에 기능성 태그를 붙이는 방법이 연구돼 왔다. 하지만 기존 태그 중 일부는 크기가 커 대상 단백질의 특성에 영향을 줄 수 있고, 용도에 따라 태그를 제거해야 하는 경우도 있다. 이에 크기는 작으면서 도 단백질이 뭉치는 현상을 효과적으로 줄일 수 있는 새로운 태그가 필요했다.
연구팀은 피부와 혈관 등의 탄력에 관여하는 ‘엘라스틴’에서 착안한 인공 펩타이드 사슬인 ‘엘라스틴 유사 폴리펩타이드(ELP)’에 주목했다. ELP는 아미노산 5개로 이루 어진 기본 단위가 반복되는 펩타이드 사슬로, 연구팀은 이 구조에 전하를 띠는 아 미노산을 도입해 초소형 태그 ‘CLEAR’를 개발했다.
CLEAR는 유연한 펩타이드 사슬이 단백질 주변에서 움직이며 공간을 차지하고, 같 은 부호의 전하끼리 서로 밀어내는 힘을 이용해 단백질이 큰 덩어리로 뭉치는 현 상을 줄이도록 설계됐다.
연구팀은 ELP를 구성하는 아미노산의 종류와 반복 횟수를 조절해 다양한 CLEAR 태 그를 제작했다. 이 중 음전하를 띠는 글루탐산을 포함한 ELP 기본 단위를 9번 반복 한 ‘CLEAR-E9’은 총 45개의 아미노산으로 이루어져 있으며, 응집과 침전에 따른 단 백질 손실을 줄이는 데 특히 우수한 효과를 보였다.
기본 단위를 3번 반복한 ‘CLEAR-E3’은 총 15개의 아미노산으로 구성된 가장 짧은 태그로, 마찬가지로 우수한 단백질 응집 감소 효과를 보였다. 이는 용도에 따라 더 짧은 태그를 선택할 수 있음을 보여준다.
연구팀은 항암 치료에 사용되는 항체 의약품인 ‘허셉틴(Herceptin)’과 ‘티쎈트릭 (Tecentriq)’에서 유래한 항체 조각 기반 단백질에 CLEAR를 붙여 효과를 검증했다.
허셉틴은 암세포 성장에 관여하는 ‘HER2’를, 티쎈트릭은 면역반응 조절에 관여하는 ‘PD-L1’을 표적으로 하는 항체 의약품이다. 연구팀은 응집 감소 효과를 확인하기 위해 두 단백질을 체온과 유사한 37℃에서 7 일간 보관한 뒤, 침전물을 제거하고 용액에 남아 있는 단백질의 양을 보관 전과 비 교했다.
CLEAR 태그가 없는 허셉틴 유래 단백질은 보관 전 양의 약 40%만 회수된 반면, CLEAR-E9을 붙인 단백질은 약 95%가 회수됐다. 티쎈트릭 유래 단백질도 회수율이 약 87%에서 약 100%로 높아졌다.
보관 기간을 최대 28일(약 1개월)까지 늘린 실험에서도 CLEAR-E9을 붙인 단백질은 큰 덩어리가 생길 때 증가하는 빛 산란 지표가 낮게 유지됐다. 이는 CLEAR-E9이 장기간 보관할 때도 큰 단백질 덩어리가 형성되는 현상을 줄이는 데 효과가 있음 을 보여준다.
▲ CLEAR의 단백질 응집 감소 효과. (가) 37℃에서 14일 보관한 항체 조각 기반 단 백질의 용액 사진. CLEAR를 붙이지 않은 단백질(A-WT, 위)은 응집과 침전으로 용 액이 탁해졌으나, CLEAR-E9를 붙인 단백질(A-E9, 아래)은 맑은 상태를 유지했다.
(나) 37℃에서 7일 보관 후 CLEAR 적용 여부에 따른 항체 조각의 가용성 회수율 비교. (다) 37℃에서 7일, 14일, 28일 보관 후 CLEAR 적용 여부에 따른 항체 조각 의 빛 산란 기반 응집 지수 비교.
GIST 신소재공학과 권인찬 교수는 “이번 연구는 짧은 아미노산 사슬의 구성과 길이 를 조절해 항체 조각 기반 단백질의 보관 중 응집과 침전에 따른 손실을 줄일 수 있음을 보여준다”며, “향후 다양한 단백질과 실제 생산·보관 환경에서 효과를 검증 해 바이오의약품의 생산 효율과 보관 안정성을 높이는 데 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
권인찬 교수의 지도 아래 권나현 박사후연구원(제1저자)과 김영채 석사(공저자) 등 이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부 ‘과학기술원 이노코어(InnoCORE)’ 사업 과 ‘대학기술경영촉진(IP스타과학자 지원형)’ 사업의 지원을 받았다.
연구 결과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 국제학술지 《바이오매크로몰레큘스 (Biomacromolecules)》에 2026년 10월 14일 온라인으로 게재됐다. 이 학술지는 2025년 클래리베이트(Clarivate) 학술지 인용 보고서(JCR) 기준 유기화학 분야 58개 학술지 중 3위(상위 약 5%)를 기록했다.
GIST는 이번 연구 성과의 기술사업화 및 산업적 활용에 관심 있는 기업·기관의 문 의를 창업혁신진흥원 기술사업화센터(hgmoon@gist.ac.kr)를 통해 받고 있다.
논문 정보 ○ 논문명, 저자 정보 – 저널명: Biomacromolecules (IF: 5.9, 2025년 기준) – 논문명: Reducing Insoluble Protein Aggregation with CLEAR: A Minimalist, Charge-Laden Peptide Bristle for scFv-Based Proteins – 저자 정보: 권나현(제1저자, GIST IGNITE@GIST InnoCORE), 김영채(공저자, GIST 신소 재공학과), 김생명(공저자, GIST 신소재공학과), 장승민(공저자, GIST 신소재 공학과), 김사랑(공저자, GIST 신소재공학과), 권인찬(교신저자, GIST 신소재 공학과)
