앤트로픽이 현지 시각 11월 4일 클로드를 활용해 세균을 감염시키는 바이러스(박테리오파지)에서 유래한 ‘볼트(vault)’ 단백질 입자의 3차원 구조를 규명했다고 밝혔다. 볼트는 세포 안에 있는 속이 빈 커다란 단백질 껍데기로, 1986년 미국 연구자 레너드 롬과 낸시 케더샤가 발견했지만 아직 어떤 역할을 하는지 밝혀지지 않았다.

연구팀은 앤트로픽의 과학 연구용 서비스 클로드 사이언스로 약 150억 개의 예측 단백질 데이터베이스를 검색해 볼트와 닮은 단백질을 찾았다. 비슷한 단백질은 세균 29개 문(생물 분류 단위)과 고세균 4개 문에서 확인됐지만, 유전체가 모두 해독된 종 중에서는 1% 미만에만 있었다.

대장균으로 후보 단백질 24개를 생산해 보니 15개가 물에 녹는 단백질로 생산됐고, 그중 7개가 볼트와 비슷한 입자를 형성했다. 연구팀은 냉동전자현미경으로 바이러스 유래 2개와 세균 유래 2개의 볼트 형태를 확인했다. 냉동전자현미경은 시료를 급속 냉동한 뒤 전자현미경으로 단백질 구조를 관찰하는 방법이다.

바이러스 유래 볼트 ‘L05’는 같은 단백질 96개로 이뤄지며 길이 약 54nm, 폭 약 45nm다. 포유류 볼트는 같은 단백질 78개로 이뤄진다. L05는 포유류 볼트보다 둥근 형태여서 내부 공간이 약 25% 더 크다.

볼트 입자를 분리하는 기존 방법은 약 3일이 소요됐지만, 분자를 크기별로 분리하는 크기배제 크로마토그래피로 바꾸자 세포에서 현미경 시료 준비까지 약 90분이 소요됐다. 앤트로픽은 클로드가 처음에는 이 방법에 반대했다고 기록했다. 구조 분석은 오픈소스 프로그램 렐리온(RELION)으로 진행했으며, 첫 3차원 모델은 34시간 만에, 최종 구조 지도 완성에는 처리 시작 후 약 1주가 소요됐다. 앤트로픽은 이 과정이 보통 몇 주 걸렸을 것으로 추정했다.

연구팀이 단백질 변이체 15개를 생산해 시험한 결과, 볼트 벽을 이루는 반복 단위를 7개에서 9개로 바꾸자 내부 부피가 약 20% 커졌다. 각 단백질 안쪽에서 정체를 알 수 없는 작은 분자도 발견됐으며, 앤트로픽은 그 형태가 조효소 A와 비슷하지만 확인되지 않았다고 밝혔다.

앤트로픽이 공개한 실패 사례에 따르면, 클로드가 제안한 배양액 첨가제가 DNA 주입을 방해해 실험이 2주 지연됐고, 초기 구조 처리에서는 표준 단계를 건너뛰어 잘못된 구조 지도가 나오기도 했다. 볼트는 대장균에서만 생산했으며, 자연 상태의 세균이나 바이러스에서 형성되는지와 볼트의 기능은 아직 확인하지 못했다. 연구 결과는 논문 사전 공개 사이트 바이오아카이브(bioRxiv)에 제출됐다.

자세한 내용은 앤트로픽에서 확인할 수 있다.

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이미지 출처: 앤트로픽