국내 연구진, ‘생체 인공근육’ 실용화연구 앞당겨

풀러린-DNA 하이브리드 분자기계의 작동 메커니즘 규명

국내 연구진에 의해 '풀러린-DNA 하이브리드 분자 기계’의 작동 메커니즘이 규명됐다.

교육과학기술부는 포항가속기연구소장 이문호와 진경식 박사팀이 한양대 생체인공근육 연구단장 김선정 교수팀과 포항방사광가속기를 이용한 공동연구를 통해 ‘풀러린-DNA 하이브리드 분자 기계’의 작동 메커니즘을 규명하는데 성공했다고 발표했다.

연구성과는 세계적인 재료과학전문지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)지 온라인판 3월3일자에 게재됐다.

DNA는 몸속 유전자 보존의 기능이 있을 뿐만 아니라, 다양한 기능을 가지고 있는 나노물질을 DNA에 결합시키면 상호 작용을 통해 제어가 가능한 3차원 나노구조물을 만들 수 있다.

세계적으로도 생명공학분야에서는 우리 인체의 DNA 작동 메커니즘을 이용해 생체 인공근육 시스템을 만드는 분자 기계를 제작하는데 각축을 벌이고 있다.

이번 연구에서 다뤄진 DNA 시료는 산성과 염기성 조건하에서 수축 이완의 변이가 일어난다고 알고 있었으나, 그들의 구조나 정확한 작용 메커니즘에 대해서는 알려져 있지 않았다.

공동연구팀은 DNA 양 끝에 탄소원자로 이뤄진 축구공 모양의 풀러린을 결합시켜 ‘풀러린-DNA 하이브리드 분자 기계’를 구성하고, 포항방사광가속기의 4C1 소각 X-선 산란 빔라인을 이용해 ‘풀러린-DNA 하이브리드 분자 기계’의 정확한 3차원 구조와 기능 수행에 관여하는 풀러린의 역할을 밝혀냈다.
이는 DNA 나노디바이스 분야에서 획기적인 결과를 거둔 것으로 평가받고 있다.

연구팀은 “전 세계적으로 분자기계에 대한 연구는 아직은 초기 단계의 나노 기술이며 이번 연구 성과는 풀러린-DNA 하이브리드 분자 기계의 실용화 시기를 크게 앞당길 뿐만 아니라, 바이오·의학 신약개발 및 나노연구에 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다.

<용어>
△방사광가속기
=선형가속기에서 전자를 빛의 속도에 가깝게 통해 가속시켜 저장링에 입사시킨 다음 이극자석·삽입장치 등을 활용, 전자를 휘게 해 방사광을 발생시켜 실험을 수행하는 거대연구시설이다.
적외선에서 X-선에 이르는 다양한 빛이 동시에 나오며 연구자의 필요에 따라 적정파장의 빛을 분광해 실험에 활용한다.

△풀러린
=Fullerene, 탄소 원자 60개가 서로 연결돼 축구공 모양을 이룬 것으로 1985년 처음 발견됐다.
풀러린이 가지는 성질들 즉, 전자전달능력, 광학적 성질, 균일한 크기와 모양 때문에 화학감지소자로서의 응용가능성과 의학적 활용성이 크다.

△DNA
=Deoxyribonucleic acid, 자연에 존재하는 2종류의 핵산 중에서 디옥시리보오스를 가지고 있는 핵산으로, 주로 세포 내에서 생물의 유전 정보를 보관하는 물질이다.
유전 정보는 네 종류의 염기서열 방법에 의해 결정된다. 네 종류의 염기란 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 시토신(C)으로, 이들 염기서열이 RNA로 복사된다. 그리고 RNA의 염기 세 개가 한쌍의 정보가 돼 아미노산을 지정하는데 이 염기서열을 유전 암호라고 한다.
이 아미노산이 여러 개 연결돼 복잡한 입체구조를 가지는 것이 단백질이다.

△분자 기계 (Molecular Machine)
=생명체에서 일어나는 기계적 움직임과 일상생활에서 볼 수 있는 기계적 움직임을 자세히 살핀 후, 그 움직임의 핵심을 분자수준에서 구현하기 위하여 설계된 개별 분자 혹은 분자 집합체로 정의한다.
최근 생명공학 분야에서는 생체 내에서 구동하게 될 분자 기계를 제조, 특성 분석 그리고 응용하는 연구에 많은 관심을 기울이고 있다.