'DNA 종이접기'로 누구나 쉽게 나노구조체 만든다

미국 매사추세츠공대(MIT) 마크 배스 교수와 전형민 박사후연구원은 DNA로 나노구조물을 자유롭게 설계할 수 있는 프로그램을 개발했다고 밝혔다. -전형민 제공

DNA로 원하는 형상을 마음대로 제작할 수 있는 설계 프로그램이 개발됐다. DNA를 활용해 복잡한 나노 구조물을 보다 쉽게 만들 수 있는 프로그램이다. 'DNA 오리가미(종이접기)'로 불리는 이 기술을 이용하면 인체 내 약물전달체나 바이오센서, 나노로봇을 제작하는 데 도움을 줄 수 있다.

마크 바테 미국 매사추세츠공대(MIT) 생명공학부 교수와 전형민 박사후연구원 연구팀은 DNA로 2차원 형태와 3차원 형태의 나노구조물을 설계하는 프로그램을 개발하고 연구결과를 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'와 '미국화학회(ACS)나노'에 2일과 3일 각각 발표했다. 

DNA 종이접기(오리가미)는 1개의 매우 긴 DNA 단일가닥이 수십개에서 수백개의 짧은 DNA 단일가닥과 자기조립기능을 통해 서로 엮어가며 나노미터(㎚·10억분의 1m) 단위의 구조물을 형성하는 방법이다. DNA는 염기 두 종류씩 서로 짝을 이뤄 결합한다. 이때 긴 DNA 가닥의 염기 순서를 미리 설계하면 짧은 가닥들이 붙을 위치를 정할 수 있고, 긴 가닥이 마치 종이접기를 하듯 접혀지며 구조를 형성한다. 지금까지 일부 전문가들만 이 방법을 이용해 DNA 나노 구조물을 제작할 수 있었다. 복잡한 형상을 만드는 데도 한계가 있다.

연구팀은 누구나 DNA 나노 구조물을 설계할 수 있는 'PERDIX' 프로그램을 개발했다. 프로그램 사용자가 컴퓨터에서 원하는 그림을 그리면 그대로 DNA 나노 구조물을 설계한다. 설계대로 조립하기 위한 DNA 염기 순서 정보도 제공한다. 사용자는 이 정보를 바탕으로 DNA를 합성해 체성분 용액에 풀기만 하면 원하는 나노 구조물을 만들 수 있다. 이렇게 형성된 DNA 구조체는 최대 한 달까지 구조를 유지했다.

프로그램으로 설계한 DNA의 모습(위)와 합성해 만든 DNA 나노구조체의 모습 -사이언스 어드밴스 제공

연구팀은 2가닥의 DNA로 한 변을 만든 뒤 이를 이용해 2차원 형태의 구조물을 제작한 데 이어 6가닥의 DNA로 한 변을 만드는 데도 성공했다. 한 변에서 접혀나갈 수 있는 DNA의 수가 많아지며 입체적인 형태 구성도 가능해진 것이다. 연구팀은 극저온 전자현미경을 통해 실제 합성된 구조물들이 견고한 3차원 구조로 형성됐다는 사실을 확인했다. 3차원 구조를 설계할 수 있는  프로그램 'TALOS'도 공개했다. 

전 연구원은 “누구나 쉽게 원하는 형상의 DNA 나노구조물을 그림을 그리는 것만으로 제작할 수 있다”며 “생체 내에서도 안정된 상태를 유지하기 때문에 약물전달과 바이오센서, 나노로봇 같은 다양한 응용이 가능할 것”이라고 말했다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]