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달걀 모방한 세포보호 및 분해기술 개발
특정 미생물은 영양분이 부족한 환경에서 생존이 불리해지면 DNA 보존을 위해 세포외벽에 단단한 보호막인 내생포자를 형성한다. 이렇게 만들어진 내생포자가 생존에 적합한 환경을 만나면 다시 세포증식이 가능한 원래 상태로 돌아간다.
이 현상을 인공적으로 조절하는 기술이 국제 공동연구진에 의해 개발됐다. 달걀껍질처럼 하나의 세포를 감싸서 보존했다가 원하는 시기에 분해할 수 있어 세포기반 바이오센서·세포 치료제·바이오촉매 등에 활용될 것으로 기대된다.
우리 학교 화학과 최인성·이영훈 교수는 호주 멜버른대학교 화학공학과 프랭크 카루소(Frank Caruso) 교수와 공동으로 나노미터 스케일의 필름으로 단일 세포를 코팅해 세포의 생존을 유지하다가 원하는 시간에 분해할 수 있는 기술을 개발했다.
연구결과는 화학분야 세계적 학술지 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition) 11월 10일자 속표지(frontispiece) 논문으로 소개됐다.
세포피포화(細胞被包化)는 세포의 생존을 최대한 유지하면서 각각의 세포를 단단한 캡슐로 포획하는 기술이다. 세포를 기반으로 한 응용 분야에서 당면한 문제인 세포 안정도 유지와 세포분열제어를 위해 중요성이 높아지고 있다.
기존 세포피포화 방법은 유기박막 혹은 유기박막을 주형으로 만들어진 무기물 캡슐을 이용했다. 이들은 세포표면에 단단하게 형성됐으나 잘 분해되지 않아 활용하기가 어려웠다.
연구팀은 효모세포를 가지고 탄닌산 수용액과 철이온 수용액을 섞어 세포를 하나씩 금속-폴리페놀박막으로 감싸는 데 세계 최초로 성공했다.
탄닌산은 참나무껍질이나 포도껍질에서 추출한 천연물질로 세포친화도가 높아 철이온과 만나면 10초 이내로 금속-폴리페놀박막이 만들어진다. 이 박막으로 피포화된 세포들은 높은 생존율을 보였으며 박막 형성시간이 짧고 간단해 효율적으로 많은 양의 피포화 세포를 얻을 수 있었다.
이와 함께 연구팀은 금속-폴리페놀박막이 중성 pH(수소이온지수)에서는 안정하지만 약한 산성조건에서 빠르게 분해되는 특성을 이용해 원하는 시간에 세포를 피포화 전 상태로 복구해 세포분열을 조절할 수 있음을 밝혔다.
달걀껍질처럼 외부환경으로부터 내부 세포를 보호해주는 금속-폴리페놀박막은 △세포에 손상을 줄 수 있는 분해효소 △장시간의 자외선 처리 △은나노입자에 대한 방어기작을 가져 세포가 극한의 외부환경에 노출되더라도 높은 세포 생존도를 유지하는 결과를 나타냈다.
이영훈 교수는 이번 연구에 대해 “이 기술을 통해 피포화과정에서의 세포생존도를 유지함은 물론 극한의 외부환경에 대항하여 세포를 보호할 수 있다”며 “나아가 응답형 분해기작으로 원하는 때에 피포화된 세포의 분열시기를 조절할 수 있는 차세대 세포피포화기술”이라고 말했다.
최인성 교수는 “세포피포화기술은 아직 걸음마 단계지만 기술이 성숙함에 따라 세포조작기술의 응용가능성이 현실화될 것”이라며 “세포기반 응용분야에서 현실적으로 당면한 문제들을 해결할 맞춤형 대안이 될 것”이라고 덧붙였다.
미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업과 글로벌연구실지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 KAIST와 호주 멜버른대학교 국제 공동 교수진의 지도아래 KAIST 화학과 박지훈·김경환 석사과정 학생이 주도했다.
그림 1. 앙게반테 케미 속표지
배경 : 금속-폴리페놀박막(붉은색으로 염색)이 형성된 효모세포가 생존을 유지하고 있음(초록색으로 염색-생존도를 가지고 효소활성을 나타냄)을 보여줌.
앞쪽그림 : 각 피포화 단계의 효모세포 왼쪽아래 : 세포는 피포화하기전 상태, 붉은색 화살표를 따라가면 보라색 금속-폴리페놀박막이 형성되어 보라색으로 나타나는 효모세포, 초록색 화살표를 따라가면 약 산성 pH에서 금속-폴리페놀박막이 표면에서 분해되는 것을 형상화했다.
그림 2. 금속-폴리페놀박막을 이용한 세포피포화(細胞被包化) 모식도
(위)피포화하기전 효모세포
(중간) 금속-폴리페놀 나노캡슐(Tannic Acid-Fe(III) Nanoshell)으로 피포화된 효모세포-피포화된 효모세포는 세포분열이 pH에 따라 조절(Cell-Division Control)되고, UV-C, 분해효소와 은나노입자에 대한 저항성을 가진다. (아래) 원하는 시간에 pH 조절로 금속-폴리페놀박막이 분해되는 것을 형상화
2014.11.18 조회수 16569 -
과학기술계 세계적 리더, 10일 KAIST에 집결
- 제6회 KAIST 총장자문위원회 참석 위해 - - 재학생들과 피자·김밥 먹으면서 대화도 나눠 -
미국 연방정부의 과학기술부 장관격인 미국과학재단(NSF) 총재를 지낸 아든 비먼트(Arden Bement) 박사와 영국의 고등교육 평가기관인 QS의 세계대학 평가에서 수년째 아시아 1위를 차지하고 있는 홍콩과기대 토니 챈(Tony F. Chan) 총장 등 세계 정상급 과학기술계 리더들이 10일 대전 KAIST를 방문했다.
이밖에 MIT 및 칼텍(Caltech, 캘리포니아 공대)과 더불어 세계 3대 공대 중 하나로 꼽히는 독일 베를린공대의 요르그 스타인바크(Jörg Steinbach) 총장을 비롯해 폴 그린필드(Paul Greenfield) 호주 퀸즈랜드대 총장, 라스 펠레슨(Lars Pallesen) 덴마크공대 총장, 요시나오 미시마(Yoshinao Mishima) 동경공대 수석부총장, 모쉐 슈피탈니(Moshe Shpitalni) 이스라엘 테크니언(Technion) 대학원장 등 모두 14명의 해외자문위원과 함께 민계식 현대중공업 회장, 이희국 LG 실트로 사장 등 6명의 국내자문위원도 9일과 10일 속속 KAIST에 합류했다.
이처럼 국내·외의 산·학·연 정상급 유명인사들이 KAIST를 방문한 이유는 10일 서남표 총장이 주관한 제6회 KAIST 총장자문위원회에 참석하기 위해서다.
서 총장은 부임 첫 해인 지난 2006년부터 KAIST를 세계적인 과학기술대학으로 발전시키기 위해 학술 및 교육, 연구 분야에서 다양한 정책자문을 얻고자 매년 총장자문위원회의를 개최해오고 있다.
올 11월 현재 KAIST 총장자문위원회 위원장은 닐 파파랄도(Neil Pappalardo) 미국 메디텍(MEDITECH) 회장이 맡고 있다. 이들 국내·외 자문위원들은 회의 전날인 9일 오후 2시부터는 무선충전 전기자동차(온라인 전기자동차)와 모바일 항구(MH) 연구현장을 방문해 연구 성과를 보고받고 연구진을 격려했다.
이어 10일에는 서남표 총장으로부터 지난 1년간 ‘KAIST의 주요현황 및 비전’을, 백경욱 연구부총장으로부터 ‘KAIST가 나아가야 할 연구방향’에 대해, 그리고 이영훈 학생본부장으로부터는 ‘학생사고 이후 학생지원 계획’ 등을 보고받고 전문가로서 의견을 제시했다.
이어 생명과학과 허원도 교수, 기계공학과 김정 교수 등 6명의 교수의 첨단기술 연구과제에 대한 주제발표와 토론 순으로 자문회의가 진행됐다.
이와 같이 서 총장과 KAIST는 ‘2011 총장자문위원회’에 세계적 연구대학으로서의 국제화 활동 및 교육환경 개선 등 지난 1년간 학교가 중점적으로 추진해온 제반 활동을 보고했으며 각 사안별로 제시된 자문위원들의 의견은 학교정책 등에 적극 반영할 방침이다.
특히, 이날 총장자문위원들은 12시부터 교내 E5빌딩 2층 교수클럽에서 KAIST 재학생들과 김밥, 피자, 치킨 등으로 점심을 먹으면서 대화를 나누는 시간도 가졌다. 쉽게 만나기 어려운 전 세계 과학기술계의 최정상급 인사 20여명이 학생들과 소박하게 점심을 먹으면서 대화와 토론을 나눈 것은 매우 이례적인 일이다.
학교측은 짧은 시간이지만 학생들이 이들 인사들과의 대화와 관심사항에 대한 의견 교환을 통해 과학기술의 중요성을 깨닫는 한편 인생관을 정립하는데 큰 도움을 얻을 것으로 기대하고 있다.
학교는 이를 위해 지난 7일부터 학내공지를 통해 총장자문위원들과 대화를 원하는 학부 및 대학원생 100명을 선착순으로 모집했으며 이날 학생과의 대화시간에는 자문위원단은 물론 학생, 그리고 서 총장을 포함한 보직교수 등 모두 180여명이 참석했다.
10일 본관 1층에서 열린 "제6회 KAIST 총장자문위원회"에서 서남표 총장이 자문위원들에게 발표를 하고 있다.
10일 KAIST E5빌딩 2층 교수클럽에서 KAIST 재학생들과 총장자문위원들이 김밥, 피자, 치킨 등으로 점심을 먹으면서 대화를 나누고 있다.
2011.11.10 조회수 17447