지구 표면의 71%를 차지하는 바다에는 아직까지도 밝혀지지 않은 생명체들이 많아 그 응용가능성이 무한하게 여겨지고 있다. 그 가운데에서도 살짝 건드리기만 해도 늘어났다 줄어들면서 길이가 5~10배까지 차이가 나는 ‘스타렛 말미잘(Starlet Sea Anemone)’의 유전자를 재설계해 만든 실크 단백질로 생체에 적합한 단백질 하이드로젤이 처음으로 개발됐다.
이 하이드로젤은 생체분자를 나르는 이동체, 조직공학 및 의공학에서 줄기세포를 몸속에서 배양시키기 위해 필요한 지지체 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.
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포스텍(총장 김도연) 화학공학과 차형준 교수<사진>팀은 스타렛 말미잘 속에 실크와 유사한 성질의 단백질을 모사한 말미잘 유래 실크유사단백질을 이용, 생체적용이 가능한 바이오소재로 개발하는데 성공했다.
바이오소재 분야 권위지인 <바이오매크로몰리큘(Biomacromolecule)>을 통해 발표된 이 하이드로젤은 동물의 심장이나 근육에 비해 10배 높은 단단한 성질(강성)을 가지고 있어 바이오소재로서 활용가능성이 높아 주목을 모으고 있다.
오랜 세월 섬유로 활발하게 활용되어온 실크 단백질은 알레르기나 염증반응을 일으키지 않을 뿐 아니라 신축성과 강도가 뛰어나 조직공학이나 의공학, 수술용 봉합사, 약물전달물질의 소재로서 새롭게 각광 받고 있다. 하지만 누에에서 나오는 실크는 상대적으로 강도가 약해 사용하기에는 제약이 있고, 거미의 실크는 강도가 뛰어나지만 서로 잡아먹는 거미의 특성 때문에 양식이 불가능하다.
또한 하이드로젤 역시 세포의 포집과 생육에 유리해 생체조직이나 장기를 이식할 때 재생하는 세포의 성장을 조절하는 ‘지지체’로 각광을 받고 있다. 특히 단백질로 만든 하이드로젤은 생체 친화적인 소재지만 몸속에서의 물리적 충격에 쉽게 부스러져 사용하기 어려웠다.
연구팀은 하이드로젤을 만들기 위해 말미잘 실크유사단백질 속에 있는 다량의 타이로신(tyrosine) 잔기를 청색광을 이용, 다이타이로신(dityrosine)으로 유도했다. 이 다이타이로신은 성게의 가시, 곤충의 인대와 같이 단단한 구조물에서도 찾아볼 수 있는 구조로, 단백질의 안정성과 유연함을 가지도록 하는 구조다.
이렇게 개발된 단백질 하이드로젤은 실크로서의 장점인 신축성과 생체친화성을 그대로 가지면서도 우수한 내구성을 가지고 있어 지지체 뿐만 아니라 세포를 모으는 패치, 생체분자를 모아 나르는 이동체 등 다양한 조직공학 및 의공학 분야에서 활용될 수 있다.
연구를 주도해온 차형준 교수는 "이번 연구는 말미잘의 수축과 이완을 관찰해 해양생물이 가진 독특한 반복서열을 가진 단백질을 적용한 연구"라며 "쉽게 부서지는 기존의 단백질 하이드로젤 지지체의 단점을 극복했을 뿐 아니라 새로운 원천소재와 기술을 확보해 바이오 소재의 범위를 한층 넓힌 성과로 평가받고 있다"고 말했다.
한편, 이 연구는 해양수산부가 추진하는 해양수산생명공학기술사업의 ‘해양 섬유복합소재 및 바이오플라스틱소재 기술개발’의 지원을 받아 수행됐다.
최혜영 커뮤니케이터
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▶ 말미잘 유래 실크단백질 하이드로젤(위) 및 내부구조(아래) |
