단백질의 구조를 파악하는 것은 생물체의 작동원리를 이해하는 출발점이라 할 수 있다. 이러한 근원적인 호기심 뿐 만 아니라 단백질 구조 분석은 백신 및 신약 개발과 같은 인류의 삶을 개선하는 기술 개발을 위한 필수 요소이다. 단백질의 크기는 작게는 수 nm 에서 sub-μm에 이르며 이들의 구조 분석을 위해서 지난 100여년 간 X-ray crystallography, cryo-EM, fluorescence microscopy등의 회절 분석 혹은 현미경 기반 기술이 활용되어 왔다. 이러한 분석 기술이 현재 단백질 구조 분석의 근간을 이루고 있고 활발히 활용되고 있기는 하지만 지금까지의 구조 분석은, 단백질 자체가 유동적인 구조를 가지고 있음에도 불구하고, 구조를 고정시킨 상태에서 풀거나 레이블로부터의 시그널을 추적하는 간접적인 형태에 그치고 있다.

예를 들어 X-ray crystallography를 이용하여 많은 단백질의 구조 분석이 가능했지만 분석이 가능한 충분한 회절 패턴을 얻기 위해서는 다수의 단백질 입자를 결정화하는 작업이 반드시 필요하다. 이 후 cryo-EM에 기반한 single-particle analysis 방법을 통하여 비정형 얼음속에 얼려진 개별 단백질 구조를 푸는 것이 가능해 졌다. 하지만 이 기술에는 비정형의 얼음 상에 고정된 상태의 구조를 해석하게 되기 때문에 단백질의 유동적인 구조를 푸는 것은 여전히 어렵다. 따라서 단백질 구조 분석에 있어서 이 후의 혁신은 있는 그대로의 수화된 상태에서의 개별 단백질의 3차원 구조를 파악하고, 더 나아가 각 sub-domain의 움직임까지 추적할 수 있는 수준의 구조 분석일 것이고 이는 새로운 현미경 기반 분석 기술 개발을 반드시 필요로 한다. 본 연구과제를 통해서 액상에서의 개별 단백질 이미징이 가능한 투과전자현미경 기법을 개발하고 이를 활용하여 개별 단백질 입자의 structure-function 상관관계를 이해하는 것을 넘어서 단백질의motion-function 상관관계를 이해하는 구조생물학의 궁극적인 목표를 달성하는데 한 발 더 다가가고자 한다.