우리얘기

신속하고 간편한 신개념 심혈관질환 진단시스템이 개발됐습니다.

박현규 교수

연구팀은 유전자 재조합을 통해 서로 다른 두 개의 생물발광 대장균 영양요구주를 만들어 호모시스테인에 대한 두 균주의 성장차이를 생물발광 신호로 분석했습니다.

이 기술은 많은 수의 혈액 샘플을 대량으로 동시에 분석할 수 있어 매우 경제적이기 때문에 최근 급성장하는 호모시스테인 정량검사 분야의 상업화에 커다란 진보를 일궈낸 것으로 평가받고 있습니다.

우민아 박사과정

연구팀은 이를 극복해 아무런 추가 조작 없이 유전자 재조합 대장균을 배양하고, 이에 따라 자동적으로 생성되는 발광신호를 측정함으로써 호모시스테인을 매우 신속하고 간편하게 측정했습니다.

박 교수는 이 기술이 심혈관질환을 유발하는 호모시스테인을 유전자 재조합 대장균을 이용해 정확하게 분석하는 신개념 분석법으로 학계에서 최초로 발표된 신기술이다라고 평가하고 있습니다.

이번 연구는 그 중요성을 인정받아 분석화학 분야의 세계적인 학술지인 '어낼리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry)' 4월호(4월 15일자) 표지논문으로 선정됐습니다.

박 교수팀은 아미노산의 일종인 메싸이오닌(Methionine)에만 의존해 성장하는 영양요구주(Auxotroph)와 메싸이오닌과 호모시스테인(Homocysteine) 모두에 의존해 성장하는 영양요구주를 각각 유전자 조작법을 통해 만들었다. 이후 균주 속에 생물발광(Bioluminescent)을 유도할 수 있는 표지유전자를 주입함으로써 두 균주의 성장차이를 생물발광 신호차이로 인식해 호모시스테인 농도를 측정하는 방법을 개발했다. 또한 이 두 균주를 아가로스(Agarose) 용액과 혼합된 고형 상태로 96-홈판 (96-well plate)에 배열하고 각각의 홈에 혈액 샘플을 넣어서 4시간 가량 배양한 후 발광신호(Luminescence)를 측정함으로써 매우 간편하고 빠르게 호모시스테인을 분석하여 심혈관질환을 진단하는 기술을 구현했다.

영양요구주(Auxotroph): 식물 세포계나 미생물 등에 있어서 무기염류와 탄소원으로만 이루어진 합성배지로는 증식할 수 없고 1종 또는 그 이상의 영양소를 보충하여 비로소 생육하는 균주

생물발광(Bioluminescent): 생물이 스스로 또는 공생 생물의 작용에 의해 발광하는 현상

아가로스(Agarose): 해초에서 분리한 갈락토오스가 주성분인 다당류로써 점성을 갖고 있기 때문에 세포를 고정해서 배양하는 고형배지의 조제용으로 사용됨.

발광신호(Luminescence): 루미네선스, 형광이나 인광처럼 열을 동반하지 않는 발광현상으로써 물질이 흡수한 에너지를 빛으로 방출하는 현상

생물발광 영양요구주를 이용한 심혈관질환 유발 요소인 혈액 속 호모시스테인 분석 모식도(어낼리티컬 케미스트리 표지)

인간은 대부분 일부일처 사회구조이며, 침팬지는 다부일처의 성문화를 형성하고 있습니다.

따라서 인간은 후손을 만드는 난자의 소유 경쟁이 불필요한 반면 침팬지 사회는 한 마리의 암컷에 대하여 여러 수컷들이 다발적으로 교미를 하는 성문화를 갖고 있기 때문에 난자의 소유 경쟁이 매우 치열합니다.

이러한 사회구조의 차이로, 침팬지가 인간보다 암컷의 난자 소유경쟁에서 이길 수 있는 우수한 정자를 만들기 위한 생리적 욕구가 훨씬 강하게 작용해 왔을 것으로 해석할 수 있습니다.

인간과 침팬지의 서로 다른 성문화가 진화에 영향을 주었다는 분자생물학적 근거가 국내 연구진에 의해 밝혀졌습니다.

박홍석 박사

이번 연구는 한국생명공학연구원(KRIBB) 박홍석 박사 연구팀이 주도하고 일본 국립바이오의학연구소와 동경대 등이 공동으로 참여했습니다. 
 
박홍석 박사팀은 인간과 침팬지를 확연하게 구별 짓는 중요한 특징이 생리적 활동이라는 사실에 주목하고, 침팬지 수컷의 정소에서 1933 종류의 유전자 정보를 발굴해 인간과 침팬지의 정소기능(정자생성력, 운동력, 지구력, 수정력 등)과 관련된 유전자들을 포괄적으로 비교 연구했습니다.

그 결과 인간과 침팬지의 정자 생성 및 정자 기능에 관련된 50% (39/78개) 유전자에서 유전자 구조 및 유전자 정보가 서로 다르다는 것을 최초로 밝혀냈습니다.
 
특히 정자의 숫자, 정자의 운동속도 및 지구력과 밀접한 관련성이 깊은 3개 유전자(CD59, ODF2, UBC)에서 침팬지만의 특이적 구조가 존재한다는 것을 발견했습니다.

연구팀은 인간과 침팬지에서 다른 조직과는 달리 정소에서 유전자 변이가 큰 원인은 인간과 침팬지들이 갖고 있는 뚜렷한 생리적 차이, 즉 전혀 다른 성문화의 방식에 영향을 받은 것으로 해석했습니다.

연구팀은 진화의 과정에서 인간과 침팬지의 성문화의 차이는 유전자 변화에 영향을 주었으며, 궁극적으로 인간과 침팬지의 생태적, 기능적  차이를 만드는데 공헌하였을 것으로, 본 연구의 결과를 해석하고 있습니다.

또한 본 연구에서 최초로 규명한 정소관련 유전자 정보는 향후 선천성 남성불임의 원인규명 등 정자의 기능과 관련된 남성의 비뇨기 질환 진단 및 치료연구를 위한 원천정보로 활용될 가능성을 제시하고 있습니다.

이번 연구결과는 유전체분야의 권위 있는 전문 학술지 'Functional & Integrative Genomics'  4월호 온라인 판에 게재되었습니다.
(논문명: Major chimpanzee-specific structural changes in sperm development-associated genes)

암의 전이는 암세포가 인체의 다른 부위로 이동하는 증상으로, 암에 의한 사망의 주요원인 중 하나로 여겨지고 있습니다.

미생물이 생산하는 생리활성물질들은 항암제나 항생제 등의 의약품으로 개발되고 있으며, 화학구조의 다양성으로 신약개발을 위한 중요한 출발물질로 사용되고 있습니다.

안종석 박사

새로운 골격을 갖는 푸사리세틴의 입체구조

푸사리세틴 분자의 구조결정을 위한 핵자기공명기기 분석에 의 한 상대구조 해석

(연구팀 : 안종석박사, 김보연박사, 장재혁박사, 유키히로 아사미박사, 장준필연구원 등)

광합성은 생물체가 태양광을 에너지원으로 사용, 일련의 물리화학적 반응들을 통해 탄수화물과 같은 화학물질을 생산하는 자연현상입니다.

인류는 지금 지구온난화와 화석연료 고갈이라는 문제점을 안고 있습니다.

이를 해결하기 위해 온난화의 원인인 이산화탄소를 배출하지 않고 무제한으로 존재하는 태양 에너지를 이용하려는 노력이 계속되고 있습니다.

KAIST 신소재공학과 박찬범 교수와 류정기 박사팀이 태양전지 기술을 이용해 자연계의 광합성을 모방한 인공광합성 시스템 개발에 성공했습니다.

박찬범 교수

류정기 박사

이 기술은 정밀화학 물질들을 태양에너지를 이용해 생산해 내는 '친환경 녹색생물공정' 개발의 중요한 전기가 될 전망입니다.

박 교수팀은 자연광합성 현상을 모방해 빛에너지로부터 천연, 비천연 아미노산, 신약 원료물질(precursor) 등과 같은 고부가가치 정밀화학 물질 생산이 가능한 신개념 '생체촉매기반 인공광합성 기술'을 개발했습니다.

이번 연구에서 연구팀은 자연현상 모방을 통해 개발된 염료감응 태양전지의 전극구조를 이용해 다시 자연광합성 기술을 모방해 발전시킬 수 있다는 것을 증명했습니다.

이번 연구 결과는 광합성효율을 획기적으로 향상시킴으로써 인공광합성 기술의 산업화에 한 걸음 더 다가선 것으로 평가받고 있습니다.

이번 연구는 독일에서 발간되는 재료분야 국제저명학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 2011년 4월 26일자에 게재됐고 특허출원도 완료됐습니다.

자연광합성에서 가시광선에 의해 엽록소 분자상에 생성된 여기전자는 바닥상태로 돌아가기 전에 재빨리 주변의 반응 장소로 전달돼 산화환원반응을 일으키게 되는데(그림 1a), 이러한 반응기작을 모방해 개발한 것이 차세대 태양전지의 하나로 각광받는 염료감응 태양전지다(그림 1b).

자연광합성과 염료감응 태양전지 기술에 착안한 박 교수팀은 염료감응 태양전지의 광전극을 이용해 보조인자를 광전기화학적으로 재생하고, 이를 산화환원용 효소반응과 연결시켜 빛에너지로부터 광학이성질체, 약물 전구체와 같은 고부가가치 정밀화학 물질들을 고효율로 생산하는 기술을 개발했다(그림 1c).

 용 어 설 명

인공광합성(aritificial photosynthesis): 자연 광합성을 모방하여 태양광을 이용하여 수소, 메탄올와 같은 화학연료 또는 고부가가치의 정밀화학물질을 생산하는 기술.

산화환원용 효소 (oxidoreductases): 생체촉매인 효소 (enzyme)의 일종으로 각종 산화환원반응에 관여하여 반응생성속도를 촉진시키는 단백질(protein).