중증 노인성 질환, 실시간으로 간편하게 진단한다

KIST, 글루타민 농도 측정 이용한 진단 기술 개발
키트로 신속 정확하게 질병 진단
글루타민 대사 억제 항암제 개발도 가능

박근완 한국과학기술연구원(KIST) 천연물인포매틱스연구센터 책임연구원 연구팀이 개발한 ‘화합물 유도 단백질 조립’ 글루타민 농도 측정 기술 모식도./KIST

국내 연구진이 암과 당뇨, 치매 등 중증 노인성 질환을 간편하게 조기 진단할 수 있는 기술을 개발했다. 고가의 분석 장비 없이 간단한 센서만으로도 정확하게 진단할 수 있는 것이 특징이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 박근완 천연물인포매틱스연구센터 책임연구원과 서문형 천연물소재연구센터 선임연구원 연구팀이 ‘화합물 유도 단백질 조립’ 원리로 글루타민 농도를 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 글루타민은 혈액 내에서 단백질을 합성하거나 세포가 에너지원으로 사용하는 아미노산이다.

글루타민은 특정 상황에서 수치가 급격하게 변하는 특성을 가진다. 특히 암과 당뇨, 치매 등 중증 환자에게서 급격한 글루타민 농도 변화가 일어난다. 이에 질병 치료와 조기진단을 위한 바이오마커로 글루타민 연구가 활발히 진행되고 있다. 글루타민은 암세포의 영양분이기도 해 글루타민 대사를 억제하는 암 치료 연구도 이뤄지고 있다.

다만 체내 글루타민 농도 측정은 여러 이유로 쉽지 않았다. 아미노산 분석기 같은 고가의 전문 분석 장비에 의존해야 했기 때문이다. 이 방법은 살아있는 세포 내 글루타민 농도 변화를 실시간으로 측정할 수 없다는 한계도 있다. 비용이 저렴한 연구용 키트를 사용하는 방법도 있지만, 번거로운 전처리 과정이 필요해 측정 시간이 길고 정확도가 높지 않다.

연구팀은 ‘화합물 유도 단백질 조립’ 원리를 이용한 글루타민 측정용 센서 단백질을 개발했다. 화합물 유도 단백질 조립 원리는 글루타민 결합 단백질을 두 개의 인공단백질로 분리하고 시료와 다시 결합해 혈액 내 글루타민 농도를 간편하게 측정하는 방법이다. 연구팀은 센서 단백질을 ‘Q-SHINE’이라는 이름을 붙였다.

Q-SHINE은 글루탐산과 D-글루타민 같은 글루타민과 비슷한 구조의 아미노산에 반응하지 않는 고선택성을 보인다. 측정할 수 있는 글루타민 최저 농도는 1µM(마이크로몰, 1µM은 100만분의 1M)로, 기존 연구용 키트 분석법보다 20배 더 낮은 농도의 글루타민을 측정할 수 있다. 또 대장균에서 손쉽게 생산할 수 있어 키트만으로 신속 정확한 글루타민 농도 분석을 할 수 있다.

연구팀은 Q-SHINE을 이용해 글루타민을 실시간으로 확인할 수 있다고 설명했다. 살아있는 세포의 세포질과 미토콘드리아 내 글루타민 농도 변화를 바로 알 수 있다. 특히 암세포와 정상 세포에서 글루타민 농도 차이를 검증해 앞으로 글루타민 대사 억제를 통한 항암제 개발도 가능할 전망이다.

서문형 선임연구원은 “이번에 개발된 센서는 손쉬운 글루타민 농도 모니터링을 가능하게 해줄 것”이라며 “글루타민 대사 연구에 활용하면 암과 당뇨, 치매와 같은 중증 노인성 질환을 조기에 진단하고, 나아가 암 치료제 개발에 크게 기여할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원을 받았다. 연구성과는 국제학술지 ‘센서와 작용기 B: 화학(Sensors and Actuators B: Chemical)’ 9월호에 게재된다.

참고자료

Sensors and Actuators B: Chemical, DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133951

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