분자학의 어둠에서 발하는 빛

Keith는 40년 동안 luciferase에 대해 연구한 사실에서 오는 자신감으로 가득한 연구자입니다. 그에게 왜 bioluminescence에 대해서 처음 연구하기 시작하였는지 물었을 때, 그는 ”내가 10대였을 때부터, 나는 가장 멋진 일은 생명의 구성 요소들을 활용하여 새로운 분자들을 엔지니어링하는 일이라고 생각했다.”라고 대답했습니다.

Keith는 ‘자연의 레고 조각들’이 어떻게 작동하는지를 이해하고 싶었습니다. Keith는 대학원에 진학하여 생명의 구성 요소라고 할 수 있는 단백질, DNA, RNA 등에 대해서 배웠습니다. 표적의 변화를 만들어 낼 수 있는 새로운 기술들인 단백질을 발현하는 유전자, site-directed 돌연변이 등이 막 개발되었고, 그는 단백질의 구조 변화가 어떻게 단백질의 기능적 변화로 이어지는지를 보여주기 위한 도구로서 이 기술들을 사용하고 싶었습니다. 그래서 그는 DeLuca의 실험실에 들어가, 박사 학위동안 luciferase를 연구하게 되었습니다. Luciferase는 측정하기가 쉽기 때문에 효소가 어떻게 작용하는지를 연구하기에 정말 훌륭한 도구입니다; 샘플을 luminometer에 넣기만 하면 얼마나 많은 양의 빛이 생성되었는지 측정할 수 있습니다. (Relative Light Units, RLU). 

Luciferase 관련한 그의 전문 지식은 80년대 후반에 그를 프로메가로 데려온 이유입니다. 당시는 분자생물학에서는 방사성 동위원소를 사용하던 시기였습니다. 방사성 동위원소 표지자 기술은 매우 유용하였지만, 방사능과 방사능 폐기물을 다루어야만 한다는 명백한 단점이 있었습니다. 프로메가의 설립자이자 CEO인 Bill Linton은 라벨링을 위한 방사성 동위원소를 대체할 기술이 필요성을 인식했습니다. 그는 아직 이러한 기술이 무엇인지 몰랐지만 대체 기술을 찾기 위해 계속해서 새로운 기술들을 찾아다니고 있었습니다. 어느 날, Science 논문에 실린 빛나는 담뱃잎 사진이 – 그것은 luciferase로 인해 빛나는 형질전환 식물에 대한 최초 보고 – 그의 눈을 사로잡았습니다. Keith는 그 논문의 공동 저자였기 때문에 Bill은 프로메가에서 강연을 하도록 그를 초청하였습니다. 나중에 Keith는 프로메가에 합류하여 30년 이상 연구자들을 위한 새롭고 획기적인 tool을 개발하였습니다. 

예를 들어, 위스콘신-매디슨 대학교의 연구자들은 NanoLuc® luciferase를 사용하여 발광하는 인플루엔자 바이러스를 만들었으며, 이를 사용하여 살아있는 생쥐의 인플루엔자 감염 진행 상황을 추적할 수 있었습니다(3). 그리고 올해 과학자들은 만성 감염에서 암에 이르는 조건에서 중요한 역할을 하는 면역계의 핵심 요소인 자연살해세포 (natural killer cell, NK cell)를 표적으로 하는 신약을 개발하기 위해 bioluminescence를 사용했습니다(4). 또 다른 과학자들은 luciferase를 사용하여 근위축성 축삭경화증 (ALS)에 관련된 단백질-단백질 상호작용(protein:protein interaction, PPI) 연구에 활용하였습니다(5). 

NanoLuc®의 밝기와 작은 크기는 정상 세포에 미치는 영향을 최소화하는 방식으로 bioluminescence를 이용할 수 있는 가능성을 제공해 주었습니다. 세포는 NanoLuc®이 정상 유전자의 일부인 것처럼 발현하도록 엔지니어링 될 수 있으며, NanoLuc®은 살아있는 세포에서 모니터링되어 시간에 따라 생물학적 변화를 추적할 수 있습니다. “우리는 자연에서 생물학을 빌려 왔고, 세포 본연의 생물학적 현상을 이해하는데 이것을 이용하고 있다. 프로메가는 유도진화(directed evaluation)와 같은 그 중간 공간에서 분자학의 어둠에 빛을 비추어 주는 새로운 도구를 개발하는 핵심적인 역할을 하고 있다.”라고 Amy는 설명했습니다.