원자력연, 난치성 질환 진단 '바이오소재' 규명

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전북대·연세대·서린바이오·美 오크리지국립연구소 공동 연구
DNA·은나노클러스터 결합 때 형광 발현 패턴 상관관계 밝혀

한국원자력연구원(원장 박원석)이 원자력 기술로 난치성 질환 진단용 바이오소재를 규명하는 데 성공했다.

원자력연은 정일래 환경안전평가연구부 박사팀이 전북대, 연세대, 서린바이오 사이언스, 미국 오크리지국립연구소 등과 함께 유망 바이오소재인 'DNA 은나노클러스터' 센서 작용 원리를 규명했다고 1일 밝혔다.

이 연구성과는 나노과학과 재료과학 분야 상위 1% 수준인 'ACS 나노' 온라인판 6월에 게재됐다. 향후 출판 인쇄본에도 실릴 예정이다.

DNA와 결합해 오렌지색 형광을 띠는 은나노클러스터센서
<DNA와 결합해 오렌지색 형광을 띠는 은나노클러스터센서>

은나노클러스터는 나노미터(㎚) 크기 은 입자 덩어리를 뜻한다. DNA 은나노클러스터는 이런 은나노클러스터를 DNA와 결합한 것이다. 강력한 형광을 발산, DNA나 단백질 등 생체물질과 중금속을 검출하는 탐지센서로 쓰인다. 환자 체내 DNA, RNA 등 생체물질을 검출해 암이나 치매와 같은 난치성 질환을 진단하는 바이오소재로 활용되고 있다.

그러나 형광 발산 원리는 잘 알려지지 않았다. 연구진은 '머리핀 구조' DNA 두 개가 서로 마주 보는 결합 구조를 형성할 때 은나노클러스터가 강력한 오렌지색 형광을 띠는 것을 발견했다.

두 개의 머리핀 구조의DNA가 마주 보는 결합 구조를 형성할 때 은나노클러스터센서가 오렌지색 형광을 띤다.
<두 개의 머리핀 구조의DNA가 마주 보는 결합 구조를 형성할 때 은나노클러스터센서가 오렌지색 형광을 띤다.>

양자빔 소각산란 기술을 활용, 나노영역 DNA를 관찰해 이런 사실을 확인 알 수 있었다. 양자빔이 물질을 투과할 때 변하는 궤적 각도로 매우 작은 영역을 측정하는 기술이다.

원자력연 내 소각산란 시설을 이용해 DNA와 은나노클러스터 결합 구조를 관찰했고, 형광 발현 패턴 상관관계를 규명했다. 연구팀은 이 결과를 활용해 다양한 물질을 검출하는 바이오소재 센서 발전에 기여할 것으로 기대하고 있다.

정일래 박사는 “원자력연이 갖춘 원자력 기술을 활용해 바이오소재 구조와 작용 원리를 규명했다는 점에서 의미가 크다”며 “앞으로 바이오 분야에서 원자력 기술 활용 폭을 확장 시킨다면 생물 구조 분석 연구에 큰 진전이 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com