생명의 비밀이 담긴 분자들이 어떻게 서로 상호 작용하는지 세밀하게 살펴볼 수 있는 '분자 안경' 기술인 탄소나노튜브 트랜지스터 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이로써 생명 과학의 새로운 시대를 열 것으로 기대가 모아진다.
DGIST(대구경북과학기술원, 총장 이건우)는 30일 융합연구원 바이오융합연구부 이윤희 선임연구원이 이같은 탄소나노튜브 트랜지스터 기술을 개발했다고 알리면서 "이 기술을 통해 나노 기술 및 분자 생물학 분야에서의 새로운 연구 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.
DGIST에 따르면, 미세한 전하를 띄는 세로토닌, 도파민과 같이 작은 입자들은 우리 몸 안에서 중요한 역할을 한다. 그리고 이들이 어떻게 움직이고 상호작용하는지를 이해하는 것은 매우 중요한데, 지금까지는 미세한 상호작용을 포착하는 데에 한계가 있었다고 한다.
이에 이윤희 박사는 '탄소나노튜브'를 이용해 전례 없는 감도와 해상도를 가진 '분자안경'인 분자 연구용 트랜지스터를 개발해 낸 것이다.
탄소나노튜브는 아주 작은 크기와 더불어 높은 전도성, 강한 강도와 유연성을 가지고 있는데, 이 때문에 탄소나노튜브를 이용해 분자를 관찰하는 이 기술을 이용한다면 생체 내에서 미세한 전하를 띄는 세로토닌, 도파민 등의 신경 전달물질과 그들의 결합 파트너 사이의 상호작용을 보다 세밀히 관찰할 수 있다.
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| ▲ 연구팀이 개발한 ‘분자안경’인 탄소 나노튜브를 이용한 단분자 감지 바이오센서 |
| ⓒ DGIST 제공 | 관련사진보기 |
특히 DGIST는 "이윤희 박사는 이 기술을 이용해 세로토닌 및 도파민 저분자체와 상호작용하는 압타머의 네 가지 상태의 구조적 전환을 포착하여, 기존에 알려지지 않았던 압타머-리간드 분자 간의 복잡한 상호작용을 밝혀내는 데 성공했다"고 강조했다.
무엇보다 이번 연구 결과는 고정밀도로 분자 간 상호작용을 연구하는 것에서 나아가, 미래의 나노 의학 및 생체 분자 공학 분야에 있어 중요한 도구로 쓰일 것으로 기대를 모으고 있다.
이윤희 바이오융합연구부 박사는 "이 기술은 분자 수준에서의 상호작용을 더욱 세밀하게 이해할 수 있는 새로운 창을 열어 줄 것"이라며 "향후에도 분자 진단 및 질환 연구의 비용 및 기술적 장벽을 낮추고, 분자 수준에서 생체 시스템을 제어할 수 있는 정밀 의료 기술을 사회에 제공하고 싶다"고 전했다.
또한 이 박사는 "이 기술은 저농도 검출 및 다중 검출을 위한 고밀도 센서 어레이로 확장하여 공간적으로 분산된 분석물 검출, 특히 뇌 영역에서의 분석물 검출에 활용하여 신경 활동과 신경 전달 물질 방출 간의 상관관계를 밝히고, 뇌 신경망의 더욱 상세한 데이터 획득이 가능하다"면서 "이를 통해 뇌 질환의 정밀 예측 및 조기 진단에 활용할 수 있다"고 설명했다.
이어 상용화까지 필요한 시간에 대해 "현재 신경 전달 물질 외에도 돌연변이 유전체, 환경 독성 물질 등의 다양한 분석물에 대한 검증을 완료했다"면서 "약 3년 내 실용화 가능할 것으로 예상한다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 나노 기술 분야 최고 권위 학술지인 <네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)>에 1월 17일자 온라인 발표됐다. 미국 컬럼비아대학교 연구팀과 협력해 발표한 이 논문은 이윤희 선임연구원이 제1 저자로, 컬럼비아대학교 Kenneth L. Shepard 교수가 교신저자로, Jakob Buchheim 박사가 공동 제1 저자로 참여했다.