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DNA로 '나노 꽃' 제작···유전자 치료에 응용

박현규 KAIST 교수·김문일 가천대 교수 공동 연구, 친환경·저독성 특성 지녀
박 교수 "바이오센서 개발 활용"···'저널 오브 머티리얼즈 케미스트리' 표지논문 선정
DNA를 이용한 유, 무기 복합 나노 꽃 구조물의 제작 과정을 나타내는 모식도. <자료=KAIST 제공>DNA를 이용한 유, 무기 복합 나노 꽃 구조물의 제작 과정을 나타내는 모식도. <자료=KAIST 제공>

국내 연구진이 DNA로 꽃 모양의 나노입자를 합성하는 데 성공했다.  

KAIST(총장 신성철)는 박현규 생명화학공학과 교수 연구팀이 김문일 가천대학교 교수와의 공동 연구를 통해 DNA를 이용해 상온에서 꽃 모양의 나노입자를 합성하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 

나노 꽃(Nano flowers)이라 불리는 꽃 모양의 나노 물질은 표면이 거칠고 넓은 표면적으로 인해 촉매, 전자기술, 분석 화학 등 여러 분야에서 주목받고 있다. 

최근에는 단백질을 이용한 유·무기 복합 나노 꽃 제작이 이뤄지고 있으며 이는 일반적인 효소에 비해 높은 활성, 안정성 및 내구성 등을 지니고 있다. 

그러나 일반적인 단백질 나노 꽃 합성은 고온에서 열수 처리를 통해야만 가능했기 때문에 DNA를 효과적으로 포집하지 못한다. 

이에 연구팀은 생체 고분자 물질인 핵산이 아마이드 결합과 아민 그룹을 갖고 있다는 사실에 주목했다. 단백질 기반의 나노 꽃 제작 원리를 바탕으로 핵산을 이용한 유·무기 복합 나노 꽃 구조물 제작이 상온의 친환경적 조건에서 가능함을 증명했다. 

 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 B' 지난달 28일 표지. <자료=KAIST 제공> '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 B' 지난달 28일 표지. <자료=KAIST 제공>
연구팀은 다양한 염기서열의 DNA를 이용해 나노 꽃 구조물을 제작했다. 유해한 화학물질 없이 친환경 제작이 가능하고 낮은 세포독성을 가졌다. 또 고효율의 DNA 포집이 가능하고 나노 꽃 내부에 포집된 DNA는 핵산 분해효소에 대해 높은 저항성을 보였다. 

연구팀은 합성된 나노 꽃 입자의 넓은 표면적이 입자 내부 구리의 과산화효소 활성을 크게 향상 시킴을 확인했고 이를 과산화수소를 검출하는 센싱 분야에도 활용 가능할 것으로 내다봤다. 

박현규 교수는 "DNA를 이용해 상온에서 합성된 나노 꽃 입자는 낮은 세포독성 특성을 띠면서 DNA를 핵산 절단효소로부터 효과적으로 보호하는 특성이 있다"며 "향후 유전자 치료용 전달체 등에 응용 가능하다"고 말했다. 

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어 지원사업의 일환으로 수행됐다. 연구성과는 국제 학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 B(Journal of Materials Chemistry B)' 지난달 28일 표지논문에 실렸다. 
 
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