서울대학교 공과대학(학장 이병호)은 화학생물공학부 김병기 교수 연구팀과 황석연 교수 연구팀이 인공 멜라노좀을 제작해 자외선에서 피부 조직과 세포들을 보호하는 생체 모방 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다.

김병기 교수 연구팀의 이욱재 박사과정과 황석연 교수 연구팀의 고중현 박사과정, 동아대학교 김수환 교수(화학공학과)가 개발한 시스템은 세계 최초로 티로시나아제가 광활성화되도록 개발했다.

이 광활성화 효소는 리포좀으로 둘러싸여 피부 내로 전달되고, 자외선으로 피부 내에서 멜라닌을 형성하는 점을 성공적으로 확인했다.

연구팀은 방선균 유래 티로시나아제(SaTy)의 단백질 구조 분석을 통해 광활성화 반응을 일으킬 수 있는 위치를 선별했고, 광절단성 비천연아미노산인 니트로벤질 티로신을 도입하는 데 성공했다. 니트로벤질 티로신이 도입된 티로시나아제는 활성이 거의 없었으며, 자외선을 받으면 니트로벤질 작용기에서 광절단이 일어나면서 티로시나아제가 활성을 보이는 것이 확인됐다. 신규로 개발된 티로시나아제는 성공적으로 광활성화가 일어나는 게 보였고, 이는 멜라닌을 합성하는 데 적용됐다.

피부 내에서 멜라닌을 생합성하기 위해 리포좀으로 광활성 티로시나아제를 둘러싸 인공 멜라노좀을 제작했으며, 인공 멜라노좀을 통해 자외선에 의한 멜라닌이 형성되고, 멜라닌으로 인해 자외선 차단되는 것이 동물 실험을 통해 증명됐다.

대조군 쥐에서는 자외선에 의해 심각한 일광화상을 일으키며 피부 손상이 나타났지만, 인공 멜라노좀을 처리한 실험군에서는 성공적으로 피부가 보호된다는 점을 확인했다. 특히 피부 내에서 티로시나아제에 의한 멜라닌이 관찰되고, 표피층의 두께가 자외선을 쬐어주지 않은 대조군과 유사한 것으로 확인됐다. 이는 티로시나아제에 의해 멜라닌 생성 및 피부가 보호되는 것을 성공적으로 보였다.

이번 연구를 통해 금속 이온을 활성 부위로 하는 효소에 최초로 광활성 시스템이 도입돼 피부 보호 효과가 있다는 점이 검증됐다. 이 연구는 유전 공학과 고분자 공학 및 조직 공학이 접목된 신개념 자외선 차단 기술로, 새로운 효소 디자인 및 제작, 이를 체내로 안전하게 전달하는 약물 전달이 적용된 차세대 융합 기술로 높게 평가받았다.

동아대 김수환 교수는 “이번 연구에서 개발된 광활성화 티로시나아제를 이용해 대동물 실험을 통해 알비노 환자 치료 기술로 분야를 확대하고 신개념 희귀 질환 극복에도 응용할 계획”이라고 말했다.

연구팀은 ‘광활성화 티로시나아제’ 기술의 국내특허 출원과 함께, 서울대학교 유전공학연구소 주최 심포지엄과 LG 생활건강 미래 화장품 육성재단 및 Royal Science Chemistry (RSC)에서 우수 논문상을 수상한 바 있다.