DNA 나노기술·전자궤적 제어·RNA 서열… 국제학술지 빛낸 韓과학자 3人

김도년·최경민, 네이처에 게재
김빛내리, 셀에 연구결과 발표
과학기술계, '원천기술'에 주목

DNA 종이접기, 전자 변화구, RNA 백신….

국내 연구자 3인이 같은 날 세계 3대 국제학술지로 꼽히는 네이처와 셀을 나란히 장식했다. 세상에 없는 나노로봇과 전자소자, 백신·치료제 개발로 이어질 수 있는 원천기술이라는 점에서 세계 과학기술계가 주목하고 있다.

과학기술계에 따르면 김도년 서울대 기계공학부 교수팀과 최경민 성균관대 교수팀은 각각 다른 연구성과를 국제 학술지 '네이처' 6일자에 발표했다. 김빛내리 IBS(기초과학연구원) RNA연구단장(서울대 생명과학부 교수) 연구팀은 같은 날 '셀'에 논문을 실었다.

과학자들이 연구하면서 평생 한번도 논문을 발표하기가 힘들 정도로 문턱이 높은 이들 학술지에 우리 과학자 3명이 같은 날 논문을 낸 것은 K-과학기술이 세계적 반열에 올라섰음을 확인시켜 준다.

김도년 서울대 교수 연구팀은 종이접기 작동원리에 착안해 하나의 구조체를 다양한 모양으로 접거나 펼 수 있는 'DNA 나노기술'을 개발했다. 이 연구성과는 특히 학술지에서 가장 주목할 만한 결과를 소개하는 '네이처 표지논문'으로 실렸다. DNA 나노기술은 자기조립 성질을 이용해 원하는 형상과 물성을 가지는 구조체를 매우 정밀하게 제작할 수 있어 약물전달, 분자진단 등에 쓰이는 기능성 나노구조체를 만들 수 있는 차세대 기술로 주목받는다.

연구팀은 종이접기 형태에 따라 DNA를 배열해 종이처럼 접을 수 있는 2차원 격자 형태의 구조를 만들어 'DNA 와이어 프레임 종이'라고 이름 붙였다.

원하는 부분의 접힘과 펼침을 선택적으로 조절해 하나의 구조체로 다양한 형상의 변화를 구현할 수 있도록 한 게 특징이다. 이렇게 제작한 DNA 와이어 프레임 종이에 DNA나 RNA 같은 분자를 결합하거나, 산염기(pH)나 빛과 같은 환경 변화를 통해 제어할 수 있어 나노센서, 나노로봇, 나노바이오 등에 활용할 수 있다.

최경민 성균관대 교수 연구팀은 전자궤적을 야구 변화구처럼 휘도록 제어하는 기술을 개발해 전자소자의 성능을 높일 수 있는 가능성을 열었다. 이 연구성과도 '네이처'에 실렸다. 연구팀은 타이타늄 금속에서 전자의 스핀이 아니라 전자가 원자핵 주위를 도는 궤도 각운동량을 이용해 전자궤적을 휘게 만드는 '궤도 홀 효과'를 세계에서 처음으로 시현하는 데 성공했다.

지금까지 전류가 흐르는 고체에 자기장을 가하면 전자의 궤적이 휘어지는 '홀 효과'는 널리 알려져 있었으나, 자기장을 사용하지 않으면서 중금속이 아닌 원자번호가 작은 경금속에서 실험적으로 전자 궤적을 실험적으로 구현한 것은 이번이 처음이다. 이 기술은 미래 전자소자로 주목 받는 저전력 자성메모리(MRAM) 등에 활용할 수 있다.

바이오 분야에서도 세계적인 연구성과가 나왔다.

노벨상 수상자에 근접한 것으로 평가받는 김빛내리 IBS RNA연구단장 연구팀은 RNA 안정성과 단백질 생산성을 높여주는 RNA 서열을 개발, 향후 RNA 치료제 성능을 향상시키는 토대를 마련했다. 이 연구성과는 생물학 분야 국제 학술지 '셀'에 게재됐다.

연구팀은 인간에 감염되는 것으로 알려진 143종의 바이러스 서열을 선별한 뒤, RNA 안정성과 단백질 생산효율을 높일 수 있는지 스크리닝 과정을 거쳐 16개의 서열을 찾고, 그 중 가장 효과가 뛰어난 서열을 찾아 'K5'로 명명했다. K5는 단일가닥 RNA를 가진 바이러스로, 전 세계에 퍼져 있지만 약한 장염 정도만 일으키는 병원성을 가지고 있다. 이 바이러스를 mRNA 백신에 주입하면 mRNA가 안정화되고 오랫동안 많은 양의 단백질을 생산해 RNA 치료제 성능을 높일 수 있다.

김빛내리 단장은 "K5 서열을 이용해 mRNA 백신과 유전자 치료제의 안정성과 성능을 높일 수 있을 것"이라고 말했다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr