단백질 혁명

★ 호암의학상, 대한민국최고과학기술인상 수상 김성훈 교수 신작
★ 엑소쌤(이선호), 국내 최고 의약대 교수 추천

"이제 과학계의 시선은 생명의 두 번째 암호인 단백질을 향하고 있다"
의약대 및 간호대 준비생 필독 도서 『생명과 약의 연결고리』 저자 신작

2024년 노벨상은 한국인에게 한강 작가의 문학상 수상으로 기억되고 있다. 한국 밖으로 잠깐 시선을 돌리면 주목할 만한 일이 또 하나 있었다. 노벨 화학상이다. '단백질 구조 분석 인공지능' 분야 연구자들이 상을 받았다. 인공지능을 활용한 연구가 수상한 것도 놀랍지만, '단백질 연구'라는 영역이 수상의 대상이 된 점을 주목할 필요가 있다.
과거 과학자들은 생명의 첫 번째 암호인 유전자의 비밀을 밝히고, 유전자를 새롭게 만들거나 유전자 일부를 바꿔 기존에 존재하지 않는 생명체를 만들어내는 데 집중해왔다. 그리고 '인간 게놈 프로젝트'를 통해 인간 유전체 지도를 손에 넣었다. 하지만 생로병사의 비밀은 풀리지 않았다. 이유는 다름 아닌 단백질에서 일어나는 복잡성 때문이었다.
과학계의 관심은 유전자에서, '생명의 두 번째 암호'인 단백질로 넘어오게 되었다. 2024년 노벨 화학상뿐만 아니라, 최근 25년 사이 노벨 화학상을 받은 연구의 약 40퍼센트가 단백질과 관련되었으며, 단백질 연구는 각종 질병뿐 아니라 노화, 비만에 이르기까지 인류 숙원의 해결 가능성을 보여주고 있다.
2023년 과학 학술지 《셀》에 실린 연구가 대표적이다. DNA 수리 단백질을 활성화하는 물질을 노화된 쥐에 주입하자 몸이 검은 털로 수북해졌으며 시력도 회복되었다는 내용으로, 노화 예방의 새로운 길을 보여주었다. 세계적으로 열풍을 일으키고 있는 비만 치료제 위고비와 당뇨병 치료제 오젬픽도 빼놓을 수 없다. 이제는 미용 시술로 익숙한 보톡스도 보툴리눔 톡신이라는 단백질 독을 활용한 것이다. 또한 항체 연구를 응용한 3세대 면역 항암제는 암 완치의 미래를 여는 의약품으로 기대를 받고 있다.

건강하게 살려면 단백질의 3차원 구조를 유지하라!
생로병사를 결정하는 단백질의 과학

단백질은 건강의 열쇠이기도 하다. 통계청의 자료에 따르면 2022년 기준 한국인의 기대수명은 남자 80.5세, 여자 86.5세로 세계적으로 봐도 매우 높은 편이다. 그러나 건강수명을 살펴보면 남자 71.3세, 여자 74.7세로 약 10년 이상을 병상에서 보내는 것으로 조사되었다.
건강수명은 우리 몸에 있는 단백질들의 3차원 구조를 얼마나 잘 유지하는가에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. 가령 정상적인 단백질이 다양한 이유로 구겨져 잘못 접힘이 발생하면 각종 질병의 원인이 되는데, 대표적으로 우리가 가장 두려워하는 알츠하이머병의 주요 원인도 '단백질 잘못 접힘'이다. 세포 내 미세소관(microtubules)의 안정화 기능을 담당하는 타우 단백질(tau protein)은 스트레스 등으로 잘못 접히는 현상이 발생하면 미세소관의 기능을 방해하고 신경세포 내 물질 운반 시스템을 파괴해 세포를 사멸시킨다.
근육 역시 건강의 핵심이다. 30대부터 근육량이 감소해 70대가 되면 주요 근육의 40퍼센트 이상이 줄어드는데, 근육이 줄어들면 자유로운 활동이 어려워져 삶의 질이 떨어지는 것은 물론 당뇨병 위험이 두 배 이상, 심혈관 위험은 약 76퍼센트가 증가한다. 근육의 원료가 되는 단백질 섭취가 중요한 이유다.
단백질은 여기에 그치지 않고 정신 건강에도 영향을 미친다. 우리 몸이 스스로 만들어내는 비필수아미노산인 글루탐산과 GABA는 포유류의 중추신경계에서 가장 일반적으로 쓰이는 신경전달물질 중 하나다. 최근 연구에서 강박 장애 그룹의 뇌에서 흥분성 전달물질인 글루탐산과 억제성 전달물질인 GABA의 균형이 깨져 있다는 사실이 밝혀졌는데, 이 같은 연구 결과를 바탕으로 신경전달물질을 표적으로 하는 신경 및 정신 질환 치료제 개발 연구도 활발히 이어지고 있다.
이처럼 단백질은 우리 몸과 정신의 건강에 깊이 관여하고 있다. 이 책은 인체의 건강에 직결되는 단백질 이야기를 통해 생명과 건강에 관한 통찰을 제공한다.

일상의 변화부터 혁신 기술까지,
세상은 단백질로 연결되어 있다!

이처럼 단백질은 건강관리뿐만 아니라 질병 치료, 식생활, 환경 문제와 밀접하게 연결되어 있으며 신약 개발과 같은 바이오 혁신이 경제와 산업에 미치는 영향은 이루 말할 수 없을 정도다. 그리고 이 '필수 상식'을 알기 쉽게 전하는 것이 저자가 『단백질 혁명』을 쓴 이유다.
책은 총 5개의 장으로 구성되어 있다. 단백질이 세상을 어떻게 변화시키고 있는지 실제 사례를 통해 알기 쉽게 설명한다. 1장에서는 오늘날 단백질 연구가 과학계의 화두가 된 이유와 그 함의를 조명한다. 유전자 연구에서 단백질 연구로 이어진, 생명과학 연구의 흐름도 함께 파악할 수 있다. 2장은 단백질이 건강과 질병에 끼치는 영향이 주요 소재다. 치매와 단백질 간의 관계, 노화에 접근하는 새로운 패러다임, 건강 유지에 근육과 단백질이 중요한 이유 등을 다룬다. 3장은 우리 일상과 가장 밀접하게 닿아 있는 영역인 음식 속 과학을 다룬다. 오감을 자극하는 맛있는 요리, 자꾸 생각나는 맛인 감칠맛 뒤에는 단백질의 과학이 숨겨져 있다. 4장은 요즘 가장 뜨거운 주제인 의약품에 초점을 맞춘다. 단백질 연구가 신약 개발에 어떻게 활용·응용되는지 알 수 있다. 이를 통해 현재 바이오 산업의 트렌드가 무엇인지 간접적으로 확인할 수 있다. 마지막 5장에서는 바이오 시대의 미래를 점쳐본다. 생명 창조의 시대 도래, 아미노산으로 질병을 사전에 진단하는 기술 등 단백질이 열어가는 바이오 혁신의 현재와 미래를 살펴본다.
이제 단백질은 우리가 살아가는 시대를 제대로 이해하고 변화에 대응하기 위해 알아야 할 핵심 지식이자 필수 교양의 영역이 되었다. 『단백질 혁명』은 단백질이라는 분자에 담긴 놀라운 이야기뿐 아니라, 바이오 시대가 열어가는 미래를 통찰할 수 있게 해줄 것이다.

추천의 글
들어가는 글: 과학의 눈으로 단백질을 보다

1장 생명의 두 번째 암호, 단백질
유전자가 그린 악보, 단백질이 연주하다
단백질은 유전자의 명령에 충실한 일꾼일까?
유전자는 곧 운명일까?
인간 게놈 프로젝트의 완성, 그 이후
포스트 게놈 시대: 정적인 유전자에서 동적인 단백질로
단백질, 3차원의 마술사

2장 생로병사의 비밀을 풀다
단백질이 여는 100세 시대
노화는 운명일까, 치료 가능한 질병일까?
고장 난 단백질이 기억을 삭제하다
발냄새가 나는 병, 달콤한 냄새가 나는 병
정보 과부하 시대, 뇌의 급발진을 막아라
오래 살고 싶다면 근육을 지켜라
빈혈과 말라리아 사이의 관계

3장 음식에 담긴 단백질의 과학
감칠맛에 숨겨진 비밀
사람을 홀리는 향기의 정체
설탕보다 200배 달콤한 슈퍼 감미료
식물의 생존 무기, 매운맛
고양이에게 생선 가게를 맡기면 안 되는 이유
저기압일 땐 고기 앞으로
암 유발 물질이 숙취 해소를?
미래 식량과 환경 문제의 해결사

4장 사람을 살리는 약, 사람을 죽이는 약
누구에겐 약 누구에겐 독, 호르몬의 양면성
모르는 게 약이 아니라 알아야 약이다
당뇨 치료제에서 다이어트 혁명까지
단백질을 알면 돈이 보인다
세상에서 가장 위험하고 아름다운 '독'
단백질 의약품을 주사로 맞는 이유
알비노, 축복일까 저주일까?
범인을 잡는 보라색

5장 바이오 혁신과 생명의 미래
실험실에서 만든 고기의 맛은 어떨까?
우주에서 전해준 생명의 기원
노벨 화학상 수상자가 된 인공지능
생명 창조의 시대는 열릴 수 있을까?
우리 몸을 지키는 스마트 무기, 항체
아미노산이 알려주는 건강 정보
유전자 코드를 단백질로 번역하는 통역사들

나가는 글: 단백질이 그리는 바이오 시대
감사의 글
이미지 출처

김성훈 '인간 생로병사의 비밀은 무엇일까, 불로불사의 약은 가능할까?' 어린 시절부터 품었던 궁금증을 좇아 생명 현상을 연구하는 삶을 살기로 결심했다. 서울대학교에서 약학을, 카이스트에서 생명공학을, 브라운대학교에서 분자세포생물학을, MIT에서 생화학을 전공했다. 서울대학교 약학대학 교수를 거쳐 현재 연세대학교 약학대학 및 의과대학 연구특임교수로 재직하고 있다.
그동안 암, 면역, 대사질환 등에 관여하는 각종 신기능 단백질을 발굴했고, 세계적 과학 학술지 《셀》 《사이언스》 등에 270여 편의 논문을 게재했다. 수백 건의 특허 출원 및 다수의 기술 이전을 통해 기초연구뿐만 아니라 연구 결과의 산업화에도 크게 기여했다. 최근에는 바이오 벤처기업 자이메디를 창업해 신약 개발에 직접 나서고 있다.
한국과학재단(현 한국연구재단) 의약단백질네트워크연구단장, 서울대학교 융합과학기술대학원 통합생명공학연구소장을 역임했다. 현재는 의약바이오컨버젼스연구단장, 연세대학교 지능형의약바이오연구원장으로 차세대 의약학을 위해 생명과학, 인공지능, 첨단 공학을 융합하는 새로운 연구 기법을 탐구하고 있다.
또한 한국과학상, 대한민국최고과학기술인상, 대한민국학술원상, 호암 의학상 등 다수의 상을 받았으며, 지은 책으로 카오스재단 권장 도서로 선정된 『생명과 약의 연결고리』를 비롯해 『물질에서 생명으로』(공저)가 있다.