컴퓨터모델링 기법으로 거미줄모사 인공생체섬유 생산

KAIST 유승화 교수 "생체적합…바이오메디컬 활용 가능"

한국과 미국 공동연구진이 컴퓨터 모델링을 이용해 거미줄을 모사한 인공 생체섬유를 생산하는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 유승화 교수는 1일 미국 매사추세츠공대(MIT), 플로리다주립대, 터프츠대와 공동으로 컴퓨터 모델링으로 거미줄 섬유 제작에 필요한 단백질을 탐색하고 이를 인공 거미줄 설계·제작에 반영해 거미줄 생체섬유를생산하는 데 성공했다고 밝혔다.

유 교수는 컴퓨터 모델링을 개발하는 역할을 맡아 공동 제1저자로 이 연구에 참여했으며 논문은 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications. 5월 28일자) 온라인판에 게재됐다.

거미줄은 강도가 강철에 버금가고 잘 끊어지지 않는 인성은 케블라 섬유에 버금갈 정도로 우수해 이를 모사한 섬유를 인공적으로 생산하는 연구가 널리 수행되고있으나 아직 실용화에는 크게 미치지 못하고 있다.

거미는 누에처럼 고치를 만들지 않고 서로 영역을 침범하며 싸우기 때문에 사육으로 거미 섬유를 생산하기는 어렵다. 이 때문에 박테리아 유전자에 거미줄 단백질을 삽입해 섬유를 생산하는 시도가 이뤄지고 있으나 대부분 시행착오 방식으로 진행된다.

연구진은 이 연구에서 새로 개발한 컴퓨터 모델을 이용해 다양한 단백질 용액이거미줄이 만들어지는 관을 통과할 때 보이는 변화 등을 조사해 자연계 생체섬유의합성과정에 대한 이해를 높이고 그 결과를 인공 생체섬유 생산에 적용했다.

거미줄은 물속에서 안정성을 갖는 친수성과 반대로 물과 쉽게 결합하지 않는 소수성을 가진 영역이 교차로 존재하는 단백질(펩티드)이 가교를 이루며 결합한 구조이다. 거미줄은 거미의 실 분비 기관인 실샘에 있는 단백질 용액이 실관을 통과하면서 고체화돼 형성된다.

연구진은 컴퓨터 모델링을 통해 단백질의 아미노산 체인이 적당히 길고 적절한비율의 소수성과 친수성 영역을 가질 때만 단백질 간의 연결도가 급격히 증가해 인성과 강도가 높은 생체섬유가 합성된다는 사실을 밝혀냈다.

연구진은 이어 이 모델링으로 제시된 단백질을 박테리아 유전자 조작을 통해 합성, 실관을 모사한 방적과정으로 인공 거미줄을 만들었다.

현재 박테리아가 만드는 단백질의 길이는 거미 단백질의 10분의 1 정도에 불과해 이것으로 만든 생체섬유의 강도와 인성도 거미줄의 10분의 1 정도에 그치고 있다. 연구진은 이번에 거미줄 생성 원리를 밝혀낸 만큼 향후 실제 거미줄에 버금가는생체 섬유 제작이 가능할 것으로 전망했다.

유승화 교수는 "이 연구는 체계적 설계를 통한 인공섬유 제작이 가능함을 증명,향후 인공 생체섬유 합성에 새 가능성을 연 것"이라며 "이런 생체섬유는 생체 적합성이 있어 인체 내에서도 부작용이 없기 때문에 바이오메디컬용으로 사용할 수 있을것"이라고 말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>