4월의 IBS 연구성과

1. 찰나에 발생하는 단백질의 빠른 움직임 분석하는 기법 개발

마이크로미터(㎛, 백만분의 일 미터) 크기의 작은 물방울끼리 충돌시켜 얻은 ‘융합 물방울’ 안에서 단백질과 펩티드의 반응을 수 마이크로초의 초고속으로 관찰할 수 있는 새로운 질량 분석법)이 국내 연구진에 의해 개발했다.

IBS(기초과학연구원) 식물노화수명연구단 남홍길 단장은 단백질이 들어있는 물방울(A)과 산성 용액이 든 물방울(B)을 빠른 속도로 충돌시켜 이른바 융합물방울(A-B)을 만들어냈다. 융합물방울 속에서 단백질은 산성용액과 만나 화학반응(단백질 펼쳐짐 현상)을 일으키는데 이때 융합물방울이 이동하는 거리를 조절하며 생화학 반응을 초고속으로 관찰하는 방법을 개발한 것이다.

이를 통해 기존의 방법으로는 관측하기 어려웠던 단백질의 구조가 펼쳐지면서 초고속으로 발생하는 수소와 중수소의 교환 현상이 진행되는 반응 역학을 분석하는 데 성공했다. 더 나아가, 마이크로미터 크기의 작은 물방울에서 생화학 반응 속도가 기존 큰 용량의 반응용액에서 측정한 결과에 비해 약 1000배 정도 빨라진다는 것을 발견하였다.

이번 연구 결과는 리처드 제어(Richard N. Zare) 미국 스탠퍼드대학교 박사를 비롯한 연구팀과 공동연구를 진행했으며 미국학술원회보 3월 16일자 온라인판에 게재됐다.

남홍길 단장은 “이번 연구는 생화학 반응 역학을 관찰하는 새로운 방법을 제공함으로써 기존 방법으로는 보기 어려웠던 초고속의 단백질 활동을 알아내는 것에 기여할 것”이라며 “실제 세포 내에서 어떤 일이 일어나고 있는지 알아내어 이른바 마이크로 물방울 생물학 분야를 새롭게 열 것으로 기대한다.”고 전했다.

2. 일산화질소 응집하는 기술 개발

포스텍 화학과 11학번 박준범, 송하영, 김영석 씨는 교신저자인 이은성 IBS(기초과학연구원) 복잡계 자기조립 연구단 연구위원(포스텍 화학과 교수)과 함께 혈액에 일산화질소(NO)를 공급하는 물질을 합성하고 연구 결과를 ‘미국화학회지(JACS)’ 6일자 온라인판에 게재했다.

일산화질소(NO)는 혈관의 청소부 역할을 하는 생체물질로 나이가 들면 생성능력이 떨어져 동맥경화와 뇌졸중 같은 심뇌혈관계 질환에 취약해진다. 발기부전치료제로 잘 알려진 비아그라가 체내 일산화질소 생성을 돕는 치료제로 쓰이지만 아직까지 일산화질소를 혈액에 직접 공급할 수 있는 물질은 없다. 일산화질소는 공기에 노출되는 순간 증발해버리는 성질이 있어서 고체로 응집시켜 약물 속에 가두기 어렵기 때문이다. 따라서 심뇌혈관계질환 치료를 획기적으로 진전시키기 위해서는 일산화질소를 고체로 응집시키는 작업이 필수적이었다.

연구진은 불안정한 물질을 안정화시켜 주는 물질인 ‘N-헤테로고리 카벤’과 일산화질소를 결합시켜 열을 가해주는 방식으로 일산화질소를 뿜는 고체 상태의 물질을 합성하는 데 성공했다. 연구를 시작한지 불과 1년 만에 얻은 성과다. 비타민처럼 약으로 만들어서 몸에 일산화질소를 공급해 주는 신약 제조 가능성이 열린 것이다.

이 교수는 “학생들이 어려움을 겪으면서도 밤늦게까지 열정적으로 매달리는 모습이 인상적이었다”며 “앞으로 이들과 함께 몸속에서 일산화질소를 내뿜는 신약 후보물질을 계속 연구할 것”이라고 말했다.

3. 세계 최고효율 열전 소재 개발

국내 연구팀이 세계 최고 효율의 열전(熱電) 소재를 개발했다. 열전 소재란 소재 양면의 온도차에서 생기는 열을 이용해 전기를 만드는 신소재다. 옷에 붙여 체온을 이용해 전기를 만들거나 자동차 엔진이나 머플러에서 손실되는 열로 전기를 생산하는 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.

김성웅 IBS(기초과학연구원) 나노물리연구단 연구위원(성균관대 에너지과학과 교수·사진)은 기존보다 2배 가까이 효율이 높은 새로운 열전 소재를 개발해 학술지 ‘사이언스’ 3일 자에 발표했다. 이번 연구에는 성균관대와 삼성전자 종합기술원이 공동 참여했다.

열전 소재는 이론적으로 열만 있으면 전기를 만들 수 있기 때문에 활용도가 높다. 하지만 지금까지 개발된 열전 소재는 효율이 낮아 일상생활보다는 미사일 열 추적 장치 등 제한된 분야에만 쓰였다.

연구팀은 열전 소재를 구성하는 금속의 경계면을 정교하게 조절하는 방식으로 전기 전도도는 높이고 열 전도도는 최대한 낮춰 세계 최고 효율을 달성하는 데 성공했다. 김 연구위원은 “열전 소재가 개발된 뒤 70년간 병목 상태였던 효율 문제를 처음 해결했다는 데 의미가 있다”면서 “이번에 개발한 제작 공정은 대량 생산에도 유리한 만큼 상용화에서는 미국, 일본 등 선진국보다 우리가 가장 앞섰다”고 말했다.