퇴행성 질환을 유발하는 아밀로이드 섬유 단백질의 초기 불안정한 움직임과 같은 생명 현상을 분자 수준에서 실시간 관찰할 수 있는 기술이 개발됐다. 알츠하이머나 파킨슨병 같은 퇴행성 질환 발병 과정에 대한 실마리를 제공할 것으로 기대된다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 육종민 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원, 포항산업과학연구원, 성균관대학교 약학대학 연구팀과 함께 그래핀을 이용해 알츠하이머 질병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 섬유 단백질의 실시간 거동을 관찰할 수 있는 새로운 단분자 관찰 기술(single-molecule technique)을 개발했다고 30일 밝혔다.
단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 기법이다. 생체 과정에 수반되는 단백질 간 상호작용, 접힘, 조립 과정 등을 이해하는 데 핵심적인 기술이다.
현재까지는 형광 현미경을 이용하거나, 단백질을 급속 냉동, 움직임을 고정해 분자 구조를 해석하는 초저온 전자현미경 기법이 활용됐다.
자연 그대로의 단백질을 특별한 전처리 없이 분자 단위에서 실시간 관찰할 수 있는 기술은 없었다. 연구팀은 차세대 소재로 주목받는 그래핀을 이용해 숙제였던 두꺼운 투과 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성 문제를 해결해, 단백질의 거동을 실시간 관찰할 수 있는 단분자 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 개발했다.
이를 활용해, 알츠하이머 질병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 베타 섬유의 초기 성장 과정에서 발현되는 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰했다.
이 전자현미경 기술은 온전한 단백질의 다양한 거동들을 분자 수준에서 관찰할 수 있게 해, 코로나19 같은 바이러스성 단백질의 감염 과정, 퇴행성 질환을 일으키는 아밀로이드성 단백질의 섬유화·응집 거동 등과 같이 단백질의 상호작용에 의한 생명 현상을 이해하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 육 교수는 "알츠하이머와 같은 퇴행성 질환 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 본다ˮ고 말했다.