강원대학교 신소재·생명화학공학부 생명화학공학전공 석사과정 정다정 학생 (지도교수 연영주)은 지난 8월 21일 경주 더케이호텔에서 열린 ‘제19회 한국효소공학연구회 하계 심포지엄’에서 김학성 학술발표상(포스터 발표상)을 수상했다. 정다정 학생은 지난해 8월 제17회 하계 심포지엄에서도 같은 상을 받아 2년 연속 수상의 성과를 거뒀다.

  올해 수상 연구는 ‘AI-Guided Redesign of Carbonic Anhydrase with Preserved Zn²⁺ Catalytic Geometry (아연 촉매 구조를 보존한 인공지능 기반 탄산무수화효소 재설계)’로, 정다정·박지수·오지성·이회석 연구원과 연영주 교수가 함께 참여했다.

  탄산무수화효소는 아연 이온을 중심에 품고 이산화탄소를 물에 녹이는 반응을 빠르게 촉매하는 효소로, 이산화탄소 포집·전환 공정에 활용할 생촉매로 주목받고 있다. 최근 인공지능을 이용해 단백질의 아미노산 서열을 새롭게 설계하는 기술이 빠르게 보급되고 있지만, 대부분의 설계 모델은 효소가 품고 있는 금속 이온을 충분히 고려하지 않는다.

  연구팀은 탄산무수화효소를 고온의 공정 조건에서 탄소 포집에 활용하기 위해 열안정성이 높은 효소 구조를 설계하고자 했다. 단순히 구조적으로 최적화된 효소를 설계하는 기존 방법과 달리, 진화 과정에서 보존된 아미노산 위치 정보를 설계의 제약 조건으로 활용해 AI 기반 단백질 구조 최적화를 수행했다. 그 결과, 설계된 변이체들은 천연 효소의 활성 부위에 존재하는 아연의 배위 구조를 그대로 보존하면서도 기존 방법보다 높은 구조 안정성을 보이는 입체 구조를 구현할 수 있었다.

  연구팀은 이 방법이 실험 검증에 들어가기 전 후보군을 촉매적으로 타당한 영역으로 좁히는 간단하고 이식 가능한 전략이 될 수 있다고 설명했다. 다만 설계된 변이체의 실제 촉매 활성과 안정성은 아직 실험적으로 확인되지 않았으며, 후속 단계로 이를 실험적으로 검증할 진행할 계획이다.

  한편 지난해 수상작은 ‘Remote Mutations Enhance 3HBDH Catalysis for Levulinic Acid-to-4HV Conversion: A Structural Insight’으로, 바이오매스에서 얻어지는 레불린산을 4-하이드록시발레르산으로 전환하는 효소에서 반응 중심으로부터 멀리 떨어진 위치의 변이가 촉매 성능을 높이는 구조적 원리를 규명한 연구다.