교육과학기술(장관 이주호)는 (재)한국이산화탄소포집및처리연구개발센터(센터장 박상도)의 지원으로 고려대 화공생명공학과 심상준(47) 교수팀이 생명체 유전자 발현 과정의 실시간 분석이 가능한 나노원천기술을 개발했다고 밝혔다.

최근 전 세계적으로 기후변화 대응을 위한 현실적 대안으로 이산화탄소를 포집하여 저장ㆍ전환하는 CCS*기술의 중요성이 부각되고 있다.

CCS기술 중 생물학적 전환기술 분야는 유전자 조작이나 균주 선별 등 형질이 개선된 미생물을 이용하여 이산화탄소를 바이오 디젤 등과 같은 유용물질로 전환하는 기술이다.

최적의 이산화탄소 전환 균주개발을 위해서는 변형된 유전자를 빠른 속도로 스크리닝 하는 것이 중요한데 그동안 유전자 스크리닝에 너무 많은 노동력과 시간이 소요되어 동 기술의 걸림돌이 되어왔다.

심상준 교수팀은 빛의 산란(Rayleigh Scattering)과 전자의 플라즈몬 공명(Plasmon Resonance) 현상을 기반으로 생명체의 유전자 발현 과정을 나노 수준에서 실시간으로 분석하는데 성공했다.

교수팀은 20나노미터 크기의 금나노 입자에 여러 가지 변형된 유전자를 결합시킨 후 빛을 투과하여 산란 스펙트럼을 분석한 결과  단백질과 유전자 간의 미세한 상호 작용을 검지할 수 있었다.

또한, 동일한 금 나노입자의 표면에서 전자가 떨리는 현상(플라즈몬 공명현상)을 미세하게 분석함으로써, 유전자와 단백질간의 선택적인 친화성을 실시간으로 분석하였다.

이 기술을 세포 내 RNA를 합성하는 효소(RNA polymerase)에 적용할 경우, 유전자의 변이 여부를 나노 수준에서 정확히 식별할 수 있어 유전자 변이 진단 기술로서 활용이 가능하다는 것이 연구팀의 설명이다.

특히, 해당 기술을 이산화탄소 전환을 위한 균주 개량에 응용할 경우 신속하고 정확한 유전자 스크리닝을 통해 미세조류를 이용한 이산화탄소 전환 기술 개발 주기를 혁신적으로 단축할 것으로 기대된다. 

박상도 센터장은 “이번에 심교수 팀에서 개발한 분석시스템은 세포 내의 특정한 생체반응을 실시간으로 정량화하고 모니터링할 수 있어 이산화탄소의 생물학적 전환분야 뿐만 아니라 질병의 조기 진단 등 다양한 분야에 적용이 가능하다”고 밝혔다.

연구결과는 재료분야의 권위 있는 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼지(Advanced Materials)’ (IF=13.88)에 표지 논문(Front Cover Story) (3월 6일자)으로 게재되었다.

출처 | 교육과학기술부