알츠하이머 발병 수수께끼 푼다…유발 단백질 실시간 관찰

과기정통부, 그래핀 액상 전자현미경 기술 개발
기존 현미경 기술 극복..퇴행성질환 발병과정 추적

KAIST는 알츠하이머 질병을 유발하는 아밀로이드 섬유 단백질의 실시간 거동을 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 사진은 단분자 그래핀 액상 셀 전자현미경 모식도 및 성능

알츠하이머를 유발하는 아밀로이드 단백질을 실시간 관찰할 수 있는 기술이 개발됐다. 알츠하이머나 파킨슨병 같은 퇴행성 질환의 발병 과정을 알아내는 실마리를 제공할 것으로 기대된다.

KAIST는 육종민 신소재공학과 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원, 포항산업과학연구원, 성균관대 약대 연구팀과 공동으로 그래핀을 이용해 알츠하이머 유발 물질로 알려진 아밀로이드 섬유 단백질의 실시간 거동을 관찰할 수 있는 단분자 관찰 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰하는 기법으로, 생체 과정에서 일어나는 단백질 간 상호작용, 접힘, 조립 과정을 이해하는데 필요하다. 현재까지 특정 분자를 식별하기 위한 형광현미경을 이용하거나, 단백질을 급속 냉동시켜 움직임을 고정해 분자 구조를 해석하는 초저온 전자현미경 기법이 단분자 관찰에 활용돼 왔다.

최근에는 물질을 얼리지 않고 상온 상태에서 관찰하는 액상 전자현미경 기술이 주목받고 있다. 이 기술은 얇은 투과막을 이용해 액체를 감싸 전자현미경 내에서 물질 변화를 관찰하는 방식이다. 하지만, 두꺼운 투과막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성은 해결 과제로 남아 있다.

연구팀은 차세대 소재인 그래핀을 이용해 분해능 저하와 단백질 변성 문제를 해결함으로, 단백질의 거동을 실시간 관찰하는 데 성공했다. 투과막을 이용한 그래핀은 두께가 원자 단위여서 분자 수준의 관찰이 가능하고, 전자빔에 의한 단백질 산화를 막아 기존 대비 40배 가량 변성을 억제할 수 있다.

연구팀은 이 기술을 이용해 알츠하이머를 유발하는 것으로 알려진 아밀로이드 베타 섬유의 초기 성장 과정에서 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰했다. 앞으로 코로나19 같은 바이러스성 단백질의 감염 과정과 퇴행성 질환 관련 단백질의 상호작용에 의한 생명 현상을 이해하는 데 도움이 될 전망이다.

육종민 KAIST 교수는 "분자 단위의 현상을 관찰할 수 있다면 단백질의 상호작용을 이해하고, 조절할 수 있는 실마리를 제공할 수 있어 퇴행성 질환의 신약개발에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(지난해 11월)' 온라인에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr