강철보다 강한 거미줄 인장력 비밀 풀렸다

강철보다 강한 거미줄 인장력 비밀 풀렸다
日연구팀, β병풍구조 형성 과정 규명




(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 일본 과학자들이 강철보다 몇 배 더 강하다는 거미줄의 비상한 인장력을 결정짓는 단백질 구조를 밝혀냈다.
일본 문부과학성 산하 과학기술연구소인 '이화학연구소'(理硏·RIKEN)에 따르면 이 연구소 환경자원과학센터(CSRS) 연구진이 거미줄이 되기 직전의 가용성 전구체(前驅體)를 실험해 이전에 밝혀지지 않았던 단백질 구조가 이를 β 병풍구조로 바꿔 거미줄의 인장력을 강화하는데 핵심적 역할을 한다는 점을 규명했다고 밝혔다.
거미줄은 인장력이 강철보다 세면서도 탄력성은 훨씬 좋다. 이 때문에 각국의 연구진들이 거미줄의 특성을 응용한 인공 물질을 개발하기 위해 노력해 왔지만, 지금까지 이렇다 할 결과를 내놓지는 못했다.
거미줄 단백질의 β 병풍구조가 인장력의 핵심이라는 것은 여러 연구를 통해 확인됐지만 이 구조가 어떻게 형성되는지는 규명되지 않아 거미줄의 특성을 갖춘 인공물질 개발에 진척이 없었다. 이는 거미줄이 초기에는 가용성 단백질로 만들어진 뒤 곧바로 고체로 바뀌는 바람에 가용성 형태를 분석하는 것이 매우 어려웠기 때문이다.
CSRS 연구진은 이를 극복하기 위해 무당거미속 '황금 원형그물 거미'(golden orb-web spider·Nephila clavipes)로부터 거미줄을 뽑아낼 수 있게 유전자를 조작한 박테리아를 이용해 거미줄 단백질을 확보한 뒤 가용성 단백질을 분석했다. 연구진은 이 단백질 내에서 반복되는 도메인을 집중적으로 분석해 불규칙 코일(random coil)과 폴리프롤린Ⅱ형 나선 등 2가지 패턴으로 구성돼 있다는 점을 발견했으며, 폴리프롤린Ⅱ형 나선이 거미줄의 인장력을 강화하는 데 중요한 역할을 한다는 점을 확인했다.
연구진은 폴리프로린Ⅱ형 나선이 β병풍구조로 신속하게 전환될 수 있는 단단한 구조를 형성함으로써 거미줄을 빨리 칠 수 있게 한다는 점도 입증했다고 밝혔다.
이번 연구를 이끈 누마타 케이지는 "거미줄은 매우 강력하지만 유해물질이 없고 생분해성이 높아 환경에 어떤 해악도 가하지 않는 환상적인 물질"이라면서 "이번 연구결과가 인공 거미줄을 만드는 데 도움이 되길 바란다"고 밝혔다.
연구진은 이번 연구결과를 과학저널 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 공개했다.
eomns@yna.co.kr
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