건국대 박기수 교수, DNA 이용해 ‘나노 꽃’ 개발
유전자 치료용 전달체 등 응용 가능
‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 B’ 표지논문
건국대학교 박기수 교수와 카이스트 박현규 교수 연구팀이 DNA를 이용해 꽃 모양의 나노입자를 합성하는 기술을 개발했다
올해 건국대 생물공학과 신임교수로 초빙된 박기수 교수가 제1저자인 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어 지원사업으로 수행됐으며 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 국제 학술지 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 B(Journal of Materials Chemistry B)’ 2017년 제12호 표지논문으로 선정됐다.
최근에는 단백질을 이용한 유·무기 복합 나노 꽃 제작이 이뤄지고 있으며 이는 일반적인 효소에 비해 높은 활성, 안정성 및 내구성을 지닌다는 것이 증명되고 있다.
그러나 일반적인 단백질 나노 꽃 합성은 고온에서 열수 처리를 통해야만 가능했기 때문에 DNA를 효과적으로 포집하지 못한다는 한계를 지닌다.
연구팀은 문제 해결을 위해 생체 고분자 물질인 핵산(DNA, RNA)이 아마이드 결합 및 아민 구조를 지닌다는 사실에 주목했다. 아마이드 결합 및 아민 그룹 내 질소 원자들이 구리 이온과의 상호 작용을 통해 복합체를 만들고 꽃 모양의 나노입자를 형성하는 것으로 나타났다.
이를 통해 단백질 기반의 나노 꽃 제작 원리를 바탕으로 핵산을 이용한 유, 무기 복합 나노 꽃 구조물 제작이 상온의 친환경적 조건에서 가능함을 증명했다.
연구팀은 다양한 염기서열의 DNA를 이용해 이 기술을 범용적으로 적용 가능함을 확인했다. 이번에 개발된 DNA 기반 나노 꽃 구조물은 기존 기술에 비해 여러 장점을 갖는다. 유해한 화학물질 없이 친환경 제작이 가능하고 낮은 세포독성을 갖는다.
또한 고효율의 DNA 포집이 가능하고 나노 꽃 내부에 포집된 DNA는 핵산 분해효소에 대해 높은 저항성을 보임을 증명했다.
특히 연구팀은 합성된 나노 꽃 입자의 넓은 표면적이 입자 내부 구리의 과산화효소 활성을 크게 향상시킴을 발견했고 이를 과산화수소를 검출하는 센싱 분야에도 활용 가능할 것으로 예상하고 있다.
연구팀은 향후 다양한 핵산을 이용해 나노 꽃 입자를 합성하고 이를 유전자 치료 및 바이오센서 개발에 응용할 예정이다.
박 교수는 “이번 연구에서 개발된 DNA를 이용해 상온에서 합성된 나노 꽃 입자는 낮은 세포독성 특성을 띠면서 DNA를 핵산 절단효소로부터 효과적으로 보호하는 특성이 있다”며 “이를 통해 향후 유전자 치료용 전달체 등에 응용 가능하다”고 말했다.
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