카이스트, 단분자 관찰로 퇴행성 질환 실마리 찾아

그래핀 투과막을 이용해 단백질 단분자 움직임 관찰하는 전자현미경 기술 개발
코로나19 등 감염 과정 관찰, 퇴행성 질환의 신약 개발에 도움 줄 것으로 기대

 

[더테크=조재호 기자] 카이스트가 퇴행성 질환을 유발하는 단백질의 움직임 등을 분자 수준에서 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 알츠하이머나 파킨슨병과 같은 퇴행성 질환의 발병 과정에 대한 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

 

카이스트는 육종민 신소재공학과 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원, 포항산업과학연구원, 성균관대학교 약학대학 연구팀과 함께 그래핀을 이용해 알츠하이머 등을 유발한다고 알려진 아밀로이드 섬유 단백질의 실시간 거동을 관찰할 수 있는 새로운 단분자 관찰 기술(single-molecule technique)을 개발했다고 30일 밝혔다.

 

단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 기법을 말한다. 생체 과정에서 단백질 간의 상호작용, 접힘, 조립 과정을 이해하는데 핵심적인 기술이다. 현재까지 단분자 관찰 기술로는 특정 분자를 식별하거나 단백질을 냉동해 움직임을 고정해 구조를 해석하는 기법이 활용됐다.

 

최근 대안으로 물질을 얼리지 않고 상온 상태에서 관찰하는 액상 전자현미경 기술이 주목받았다. 다만 두꺼운 투과 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성을 해결하진 못했다.

 

육종민 교수 연구팀은 차세대 소재로 주목받고 있는 그래핀을 이용해 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 대한 단백질 변성 문제를 해결하며 단백질의 거동을 실시간으로 관찰할 수 있는 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 개발했다.

 

이번 연구에서 투과 막으로 이용한 그래핀은 원자 단위의 두께를 가지고 분자 수준을 관찰할 수 있게 할 뿐 아니라 단백질 산화를 방지하는 역할을 해 기존 대비 40배가량 변성을 방지해 단백질의 거동을 실시간으로 관찰할 수 있게 했다.

 

이 전자현미경 기술은 온전한 단백질을 분자 수준에서 관찰할 수 있어 코로나19 같은 바이러스성 단백질의 감염 과정, 퇴행성 질환을 일으키는 아밀로이드성 단백질의 섬유화·응집 거동 등과 같이 단백질의 상호작용에 의한 생명현상을 이해하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

육 교수는 “현미경 기술읠 발전은 생명과학 및 공학 기술을 발전의 토대가 된다”며 “분자 단위의 현상을 관찰할 수 있다면 단백질들의 상호작용을 이해하고 조절할 수 있는 실마리를 제공해 알츠하이머와 같은 퇴행성 질환의 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

 

이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’의 지난 11월 온라인 판으로 게재됐다.


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