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단백질은 거대한 분자입니다. 크기만큼 복잡한 구조를 지녀 많은 정보를 담고 있죠. 이 다양한 정보를 이용해 단백질로 작곡하면 어떤 멜로디가 나올까요?

단백질 속 모든 정보는 작곡의 요소?

머리카락, 피부, 장기 등 우리 몸을 이루는 대부분의 기관들은 모두 단백질로 이루어져 있어요. 하지만 단백질에 변형이 일어나거나 돌연변이가 생기면 기존 기능을 못 하고 질병이 발생하기도 합니다. 이 때문에 과학자들은 돌연변이나 변형에 강한 향상된 기능의 새로운 단백질을 찾고 있죠. 

그런데 단백질은 입체적으로 꼬여 있어 눈으로 관찰하기에 복잡합니다. 이 때문에 직접 단백질 구조를 바꾸며 새롭게 설계하기에는 어려움이 있었죠. 인공지능(AI)이 사람을 대신해 강화된 단백질 구조를 대신 만드는 연구가 갈수록 늘고 있는 이유입니다. 지난 2021년, 싱가포르국립대학교 약학과 위종 첸 교수팀은 복잡한 단백질 구조를 악보로 만든 뒤, 이 악보를 이용해 새로운 단백질 구조를 알아보는 기법을 발표했습니다.

단백질의 전체 구조를 ‘3차 구조’, 단백질 가닥의 꼬임이나 배열 등을 ‘2차 구조’라고 합니다. 연구팀은 3차 구조를 이용해 악보의 화음을 정하고, 2차 구조에서 음의 길이와 소리의 크기 등을 결정했어요. ‘1차 구조’는 아미노산의 배열을 뜻하는데, 1차 구조는 음계를 정하는 역할을 했죠. 연구팀은 아미노산이 번갈아가며 배열되어 있는 구조를 보고선, 이 순서가 마치 오선지 속에서 반복되는 음계의 모습과 유사하다고 생각했어요. 이를 이용해 악보를 표현할 방법을 만든 거죠. 

연구팀은 또한 쇼팽이 작곡한 <;즉흥환상곡>; 등 기존의 유명한 클래식 음악들을 AI에게 입력해 기존의 유명한 곡들이 어떻게 구성되어 있는지 학습시켰습니다. 단백질의 아미노산 배열은 무작위이기 때문에, 아미노산으로 탄생한 음의 배치가 기존 곡들의 규칙성을 바탕으로 최대한 듣기 좋은 음악을 탄생시키기 위함이었죠. 

위종 교수는 “단백질 악보는 입체적으로 복잡하게 꼬인 단백질 분자 구조를 평면으로 펼쳐 놓듯이 구성 성분과 구조를 쉽게 이해할 수 있는 방법”이라며 “일반인도 쉽게 접할 수 있는 음악을 통해, 단백질 연구의 중요성을 알리고 싶었다”고 말했어요.

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