금 나노입자의 표면 플라즈몬 현상으로 지질분자 이동 감지
질병 원리 파헤치고, 정밀 진단 기술 발전 기대
(내외방송=정지원 기자) 세포막에서 신호전달 등을 담당하는 부분에 금 입자를 결합해 세포의 기능 파악이 수월해질 것으로 보인다.
세포의 표면은 세포막으로 둘러싸여 있는데, 세포막이 세포의 내부와 외부를 구분해줌으로써 세포를 보호하고 형태를 유지한다.
세포막에는 매우 작은 크기의 지질 구조(물에 잘 녹지 않고, 기름 성분에 잘 녹음)가 섬 모양으로 존재한다. 섬 구조는 생체 분자 간 상호작용과 화학반응, 신호 전달에 결정적인 역할을 한다.
'지질 섬 구조'는 콜레스테롤과 포화 지질이 모여 구성되며 다른 지질분자와 섞이지 못하고 뭉쳐서 떠다니기 때문에 '지질 뗏목'이라고도 불린다. 지질 뗏목은 바이러스 등이 침입할 수 있는 세포막 수용체(특정물질을 수용하는 물질)와 세포의 성장이나 이동을 담당하는 신호 전달 단백질을 싣고 다닌다.
크기도 매우 작고, 신호전달 등 지속 시간이 짧을 뿐만 아니라 많은 질병의 원인이라는 주장이 제기되면서 많은 연구가 진행되고 있다.
DGIST(대구경북과학기술원)는 "서대하 화학물리학과 교수 연구팀이 세포막에서 발생하는 미세한 상(相) 분리 현상(혼합물질이 환경 변화에 따라 여러 상으로 갈라짐)을 관찰할 수 있는 새로운 광학현미경 분석 기술 'lipid-MAP'을 개발했다"고 21일 밝혔다.
'금 나노 탐침(특정물질 등을 검출하는 물질)'과 '머신러닝 기술'을 활용해 나노(매우 작은) 크기 구조의 성질을 파악하는 데 성공한 것이다.
금 나노입자는 표면의 플라즈몬(전자나 전자의 빈자리가 진동하는 에너지의 최소량) 공명(물체의 고유 진동수와 일치하는 파동이 물체를 통과할 때 진동이 커짐) 현상을 통해 빛을 매우 밝게 흩트리는 성질이 있다.
연구팀은 이 성질을 활용해 금 나노입자를 지질분자에 결합해 단일 분자 수준의 움직임을 직접 관찰할 수 있는 시스템을 구현했다.
머신러닝 알고리즘의 분석 기술과 나노화학, 현미경 기술 등을 도입해 지질분자가 보이는 짧은 순간(0.01~0.1초)에 발생하는 이동성 변화를 감지하고, 세포막 위에서 미세하게 일어나는 상 분리 구조를 파악했다.
서 교수는 "이 연구는 지질 뗏목을 실시간으로 넓은 범위에서 이미지화하는 최초 기술이며 시공간 분해능(물체를 구별할 수 있는 최소 거리)이 매우 우수하다"고 설명했다.
이어 "향후 세포 기능과 질병 원리의 근본적인 이해와 정밀 진단 기술로 발전하기를 기대한다"고 말했다.
이종찬 뉴바이올로지학과 교수 연구팀이 공동으로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '분석화학(Analytical Chemistry)'에 최근 표지 논문으로 게재됐다(논문명: Analysis of Phase Heterogeneity in Lipid Membranes Using Single-Molcule Tracking in Live Cells).
