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너 나노 아니?

단백질 접는 '스위치'로 다양한 나노 건축물 만든다(KAIST)
  • 글쓴이 관리자
  • 작성일 2020-11-04 11:53:31
  • 조회수 71

몸속 단백질을 마음대로 접는 스위치를 찾아 필요에 따라 스위치를 조절해가며 단백질로 다양한 나노 건축물을 지을 수 있는 기술이 개발됐다. 최명철 KAIST 바이오및뇌공학과 교수 연구팀은 미세소관을 구성하는 ‘튜불린’ 단백질을 나노 소재 기초물질로 활용할 수 있는 기술을 개발하고 이중나선, 이중벽 튜브 등 다양한 구조를 만드는 데 성공했다고 이달 30일 밝혔다. 자연계와 산업계에서 찾을 수 있는 나노소재들은 크고 복잡한 구조를 가지지만 기본 형성원리는 같다. 작고 단순한 단위체의 고유 형태가 전체구조를 결정한다. 다양한 곡면 구조를 만들려면 다른 모양을 가진 두 종류 이상의 분자를 이어붙여야 한다.


하지만 세포에서 중요한 역할을 하는 미세소관은 다르다. 지름 25나노미터(nm·10억 분의 1m)의 긴 튜브 형태인 미세소관은 몸속에서 다양한 곡면을 만들지만 한 종류의 단위체인 ‘튜불린’ 단백질만으로 구성된다. 연구팀은 튜불린이 수직한 두 방향으로 접히는 독특한 성질이 이런 특성을 보인다고 판단했다. 튜불린을 접느냐 펴느냐에 따라 다양한 구조를 형성할 수 있다는 것이다. 연구팀은 튜불린이 음전하를 띤 단백질이라는 점에 착안해 양전하 중합체인 ‘폴리-L-라이신’이 미세소관 구조를 바꾸는 과정을 관찰했다. 포항가속기연구소의 가속기 X선 산란장치를 이용해 분석한 결과 DNA 이중나선 구조를 밝힌 X선 회절 영상 ‘포토 51’과 유사한 결과가 나왔다. 튜불린이 이중나선 구조를 형성한다는 것은 양전하 물질이 튜불린을 두 방향으로 접을 수 있는 분자스위치 역할을 한다는 것이다.

 

연구팀은 분자스위치 크기와 개수를 조절하면 모양을 조절하는 것도 가능하다는 것을 밝혔다. 연구팀은 이를 통해 단일 벽 튜브를 위에 미세소관으로 한겹 더 감싼 이중벽 튜브로 전환하는 데 성공했다. 이중나선의 간격을 자유자재로 조절하는 것도 가능했다. 연구팀은 “우리 몸 속 세포물질을 그대로 이용하되 자연 설계를 넘어선 나노건축물을 구현했다”고 밝혔다. 최 교수는 “새로운 바이오 나노기술의 특이점이 될 선도적 연구”라며 “튜불린을 nm 크기 광학 및 의료소재 플랫폼으로 개발하는 것은 물론 모터 단백질인 키네신과 결합한 분자기계를 개발하는 등 활용 가능성이 많다”고 말했다. 연구팀은 분자스위치를 이용한 튜블린 나노소재를 항암 약물의 일종인 미세소관 표적 치료제 전달체로 이용하는 데 성공해 올해 8월 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 표지논문으로 발표하기도 했다.  최 교수는 “다양한 형태와 특성을 가진 나노소재를 만드는 ‘튜불린 나노공학’의 기반이 되는 분자스위치는 알츠하이머병 등 뇌질화의 새로운 치료 전략으로도 쓰일 것”이라고 말했다.

 

이번 연구는 미국 산타바바라 캘리포니아대와 공동으로 진행됐고 이준철 박사과정생과 송채연 아모레퍼시픽 연구개발(R&D) 센터 연구원이 1저자로 참여했다. 한국연구재단과 한국원자력연구원, KAIST 지원을 받아 이뤄진 연구는 지난달 17일 국제학술지 ‘스몰’에 표지논문으로 실렸다.


http://dongascience.donga.com/news/view/41099

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