KAIST, '아밀로이드 베타' 초기 움직임 관찰…그래핀 적용 新 전자현미경 기술 활용

퇴행성 질환과 연관성이 큰 아밀로이드 섬유 단백질의 초기 불안정한 움직임을 분자 수준에서 실시간 관찰할 수 있는 기술이 개발됐다. 알츠하이머, 파킨슨 병과 같은 퇴행성 질환 발병 실마리 확보가 기대된다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 육종민 신소재공학과 교수팀이 한국기초과학지원연구원(KBSI), 포항산업과학연구원, 성균관대 약학대학 연구팀과 함께 그래핀으로 아밀로이드 섬유 단백질 실시간 거동을 관찰할 수 있는 새로운 단분자 관찰 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰하는 기법이다. 단백질 간 상호작용, 접힘, 조립 과정 등을 이해하는데 핵심이다.

지금까지는 형광 현미경을 이용해 관찰하거나, 단백질을 급속 냉동시켜 움직임을 고정해 분자 구조를 해석하는 초저온 전자현미경 기법이 활용 됐다. 자연 그대로 단백질을 전처리 없이 분자 단위에서 실시간 관찰할 수 있는 기술은 없었다.

대상을 얼리지 않고, 얇은 투과막을 이용해 액체를 감싸 관찰하는 액상 전자현미경 기술이 대안으로 나왔지만, 두꺼운 투과 막에 따른 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성은 숙제였다.

연구팀은 그래핀을 이용해 전자빔에 의한 단백질 손상을 억제하면서 액상 내 아밀로이드 베타 섬유를 관찰했다.

연구팀은 차세대 소재로 주목받는 그래핀을 이용해 막에 의한 분해능 저하, 전자빔에 의한 단백질 변성 문제를 해결했다. 단백질 거동을 실시간 관찰할 수 있는 단분자 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 개발했다.

이번 연구에서 투과 막으로 이용한 그래핀은 원자 단위 두께를 가져 분자 수준 관찰이 가능할 뿐 아니라, 전자빔에 의한 단백질 산화를 방지하는 해 기존 대비 40배 가량 변성을 억제하면서 단백질의 거동을 실시간으로 관찰할 수 있게 했다.

연구팀은 이 전자현미경 기술로 알츠하이머를 유발한다고 알려진 아밀로이드 베타 섬유 초기 성장 과정의 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰했다.

개발 기술은 온전한 단백질의 다양한 거동을 분자 수준에서 관찰해 코로나19와 같은 바이러스성 단백질 감염 과정, 아밀로이드성 단백질 섬유화·응집 거동 등 상호작용에 따른 생명 현상을 이해하는 데 활용될 전망이다.

육 교수는 “현미경 기술 발전으로 분자 단위의현상을 관찰할 수 있다면 알츠하이머와 같은 퇴행성 질환 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com