단백질 반응 찰나 '멈춰' KAIST, 반응 시간 6밀리초 분석법 개발

연구진이 개발한 패릴렌 기반 박막 마이크로플루이딕 장치

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 생명 현상 이해에 필수인 '생화학 반응' 변화를 수 밀리초 수준에서 정지·분석하는 방법을 개발했다. 찰나의 순간에 현상이 발생하는 단백질 반응 연구의 패러다임 변화가 기대된다.

KAIST는 강진영 화학과 교수, 이원희 물리학과 교수 공동 연구팀이 초고속 생화학 반응 연구를 위한 '패릴렌 기반 박막 미세유체 혼합-분사 장치'를 개발했다고 24일 밝혔다.

기존 '시간 분해 초저온 전자현미경(TRCEM) 기법' 한계를 극복해 기존 대비 시료 소모량을 크게 줄이면서 분석가능 최소 반응시간을 기존 기술 대비 수십 배 향상시켜 6밀리초(1000분의 6초)까지 단축했다.

TRCEM은 단백질 복합체 반응 중간 상태를 빠르게 초저온 냉동해 구조를 분석하는 기술로, 최근 이목을 끈다.

다만 짧은시간 존재하고 사라지는 반응 중간체 포착은 어려웠고 시료도 많이 든다. 연구팀은 이를 극복하고자 초박막 패릴렌 소재를 적용한 새로운 혼합-분사장치를 개발했다.

개발 장치는 시료 양을 기존 대비 3분의 1 수준으로 줄여 연구 어려움을 개선했으며, 미세유체역학 소자 내에서 반응 개시에 드는 시료 혼합 시간을 0.5밀리초로 줄여 전체 반응시간을 6밀리초까지 줄였다. 소자 일체형 설계로 실험 정밀도·재현성도 향상시켰다.

강진영 교수는 “이번 연구는 TRCEM 기법을 더욱 실용적으로 만들었으며 구조 생물학 및 신약 개발, 효소 반응연구, 바이오 센서 개발 등 다양한 생명과학·의약 분야에서 폭넓은 패럴린 박막 소자 활용 가능성을 제시했다”고 설명했다.

이원희 교수는 “앞으로 이를 활용한 생화학 반응 연구와 더 빠른 반응 분석을 위한 성능 향상을 목표로 연구를 이어갈 계획”이라고 밝혔다.

황혜랑 화학과 석·박통합과정 연구원이 제 1저자로 참여한 이번 연구는 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 1월 28일 자에 온라인 게재됐다.

한편 이번 연구는 한국연구재단과 삼성미래기술육성재단, CELINE 콘소시엄 지원을 받아 수행됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com