(챌린지) 🚀 나만의 슈퍼히어로 단백질 구조 예측하기 🦸

소개

알파폴드(AlphaFold)는 딥마인드가 개발한 AI 시스템으로, 단백질의 3D 구조를 예측하는 기술입니다. 스터디 참여하시는 분들이 탐구 과정을 좀 더 재밌게 즐기시면서 알파폴드도 활용해보실 수 있도록 챌린지를 기획해보았습니다.

작성된 내용은 14기 AI 신약개발*헬스케어 스터디 내부에서 진행중인 챌린지 기획 내용입니다! 😄(챌린지 기간: 1/21~2/17)

(*스터디 참여자 대상 내부 노션 페이지에서 진행중)

혹시 다른 스터디 참여중이시지만 알파폴드에 관심 있는 분들은 제가 작성한 예시 내용 보시면서, 해보셔도 좋을 것 같습니다! (챌린지 참여하고, 신약개발 어벤저스로 함께 하고 싶다면? 댓글 남겨주세요~🍀)

🚀  챌린지 마무리 후 내용 취합 후 참여자분들이 만드신 히어로 캐릭터의 모습 + 알파폴드로 시뮬레이션 한 3D 단백질 구조를 활용해 특별한 '신약개발 어벤저스 히어로 카드'를 만들 계획입니다 🦸

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단어 14 약리학 적 어벤저 스가 지구 앞에 서있는 슈퍼 히어로 그룹

진행 방법(챌린지 수행 단계 및 내용)

1. 나만의 슈퍼 히어로 캐릭터를 정해주세요!(예: 스파이더맨, 아이언맨)

2. 슈퍼히어로의 능력에 맞는 단백질 특성을 정의해주세요(ChatGPT활용) (예: 스파이더맨-거미줄을 쏘는 능력, 유연한 단백질(섬유단백질)필요)

3. 능력에 맞는 단백질 서열을 찾고, 알파폴드에 입력해주세요.(3D 구조 예측, 시각화)

4. 이 구조가 어떻게 특정 능력을 발휘할 수 있을지 상상해 봅니다.

5. (선택 활동 1) 능력에 대한 단백질 구조를 시각화 하셨다면, 본인의 슈퍼히어로의 멋진 겉모습을 만들어주세요(캐릭터 형태, 풍경, 영상 등)

6. (선택 활동 2) 수퍼 히어로와 관련된 신약개발*헬스케어 트랜드 및 연구자료 서치

7. 멋진 나의 슈퍼 히어로를 SNS에 소개해주세요! (#지피터스, #신약개발어벤저스 태그 추가)

예시(거미거미베어~🧸🕷️❤️)

1. 나만의 슈퍼 히어로 캐릭터를 정해주세요!(예: 스파이더맨, 아이언맨)

(예시 1) 슈퍼히어로 이름: 거미거미베어~🧸🕷️❤️

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거미 - 도시 위로 날아가는 망토의 남자

2. 슈퍼히어로의 능력에 맞는 단백질 특성을 정의해주세요(ChatGPT활용)

🪄거미거미베어의 주요 능력

• 일상에서는 푸근한 곰 체형의 사람이지만 히어로 수트를 입으면 날렵하게 벽을 타고, 거미줄을 쏨

  • 거미줄: 거미줄은 강하고 유연한 특성을 지닌 물질. 이는 단백질의 섬유성 구조와 유사함. 예를 들어, 콜라겐과 엘라스틴 같은 단백질은 매우 강하고 유연함

  • 벽 타기: 거미거미베어는 벽을 타는 능력을 가지고 있는데, 이는 접착력과 유연성이 중요한 특성임. 이 특성은 기계적 강도와 반응성을 가진 단백질에서 유래할 수 있음.

→ 따라서 스파이더맨의 능력에 맞는 단백질은 강하면서도 유연한 섬유성 단백질일 가능성이 큼.

3. 능력에 맞는 단백질 서열을 찾고, 알파폴드에 입력해주세요.(3D 구조 예측, 시각화)

: 콜라겐과 같은 섬유성 단백질 서열을 알파폴드에 입력(Type I 콜라겐은 피부, 뼈, 힘줄과 연관됨)

: 거미의 실크를 만드는 단백질 구조 입력(Spidroin (거미 실크 단백질))

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한국어 텍스트가있는 검은 색 화면

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한국 앱의 스크린 샷

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전화에 한국어 앱의 스크린 샷

단백질 구조 검색은 몇 가지 방법이 있습니다. 두 가지 소개 해드릴게요!

(1) Google Colab에서 알파폴드 실행

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Glypro와 Hypro라는 단어가있는 한국 앱의 스크린 샷

• seq 변수에 단백질 서열을 입력해야 합니다. 예를 들어, 콜라겐과 같은 서열을 넣을 수 있죠. 아래와 같은 형식으로 입력하면 됩니다.

• seq = "GLY-PRO-HYP-GLY-PRO-HYP-GLY-PRO-HYP"

(2) AlphaFold Protein Structure Database 활용

🧬 단백질 서열 검색할 수 있는 곳 추천!

• UniProt ID로 검색  https://www.uniprot.org/

  • 이미 알려져 있는 단백질의 이름이나 UniProt ID를 사용

🚀 이제! AlphaFold Server 접속!

https://alphafoldserver.com/

우선 Type I 콜라겐 단백질 서열을 입력해서 서버에서 돌려보았어요!

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삼성 갤럭시 S7 엣지 삼성 갤럭시 S7 에지 삼성 갤럭시 S7 엣지

👩🏻‍🔬 1차 시도 : Type I 콜라겐 단백질 서열 입력

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용의 이미지를 보여주는 컴퓨터 화면의 스크린 샷

👩🏻‍🔬 👩🏻‍🔬 2차 시도 : 거미 실크 (Spidroin) 서열로 재시도

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웨이브 이미지를 보여주는 컴퓨터 화면의 스크린 샷

--> 정확도가 높지 않아서 ㅠㅠ 단백질 서열 추가 시도 중입니다!

3. (선택 활동 1) 능력에 대한 단백질 구조를 시각화 하셨다면, 본인의 슈퍼히어로의 멋진 겉모습을 만들어주세요(캐릭터 형태, 풍경, 영상 등)

4. (선택 활동 2) 수퍼 히어로와 관련된 신약개발*헬스케어 트랜드 및 연구자료 서치

🍀 거미 실크를 이용한 상처 치유 및 화상 치료

거미 실크 단백질은 생체 적합성이 뛰어나고 내구성이 강하면서도 유연성이 있어 상처 치유나 화상 치료에 활용될 수 있습니다. 거미 실크는 세포 친화적이고, 염증 반응을 최소화하는 특성을 가지므로 의약 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

연구 사례:

• 카프셀라 (카파 실크): 일부 연구에서는 거미 실크를 활용하여 상처 치료나 화상 치료에 사용되는 지혈용 드레싱을 개발했습니다. 거미 실크는 피부에 민감하게 반응하고, 상처 부위에 빠르게 장착되며, 지속적인 수분 공급과 바이오 분해성 덕분에 치료 과정을 돕습니다.

• 화상 치료: 연구자들은 거미 실크를 화상 상처에 적용하는 실험을 했으며, 실험 결과 거미 실크가 상처 회복 속도를 높이고 감염을 방지하는 효과를 보였습니다.

상용화 사례:

• 메디실크 (Medi-Silk): 거미 실크를 이용한 상처 치료 드레싱이 일부 상용화되어 있습니다. 이 드레싱은 거미 실크 섬유로 구성되어 있어, 상처 회복과 조직 재생에 도움을 줍니다.

🍀 거미 실크를 활용한 인공 장기 및 조직 공학

거미 실크는 강도, 유연성, 생체 적합성이 뛰어나 조직 공학 분야에서 많이 연구되고 있습니다. 특히 인공 장기나 조직 이식에 대한 가능성을 엿볼 수 있습니다.

연구 사례:

• 인공 피부: 거미 실크를 기반으로 한 인공 피부가 연구되고 있으며, 이는 화상 치료나 피부 이식에 사용될 수 있습니다. 거미 실크의 특성 덕분에 피부 이식 시 거부 반응이 적고, 조직 재생을 촉진할 수 있습니다.

• 조직 공학: 연구자들은 거미 실크를 이용해 인공 혈관을 개발하는 실험을 진행했으며, 거미 실크로 만든 혈관은 유연성이 뛰어나며, 혈액 흐름을 방해하지 않는 장점이 있습니다. 또한, 거미 실크는 세포 친화적이어서 혈관 내벽에 세포가 잘 부착되고 성장하는 데 유리합니다.

상용화 사례:

• 실크 기반 인공 장기: 몇몇 생명과학 회사들은 거미 실크를 이용한 인공 장기 또는 인공 혈관을 상용화하고 있습니다. 예를 들어, 실크 기반의 인공 조직이 연골, 피부 등에 사용되고 있으며, 대체 장기나 이식용 혈관으로 상용화되고 있습니다.

→ 🤩 실제 연구 사례, 신약 개발 사례를 확인하면, 또 나의 수퍼히어로 능력 관련 아이디어가 확장되실거에요!!

5. 이 구조가 어떻게 특정 능력을 발휘할 수 있을지 상상해 봅니다.

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거미 - 어린 소년과 침대에 누워있는 남자

**다른 능력+히어로 예시들은 내부 노션 페이지에 업로드해두었습니다 ❤️ (히어로 예시 능력 + 관련 단백질 서열 참고하고 싶으시면 스터디 내부 노션 페이지로!)