한국과학기술원(KAIST)이 전자현미경을 통해 살아 있는 세포를 관찰하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.
KAIST 신소재공학과 육종민 교수 연구팀이 경북대 ITA 융합대학원 한영기 교수 연구팀과 공동연구를 통해 차세대 신소재 그래핀을 이용, 분자 단위 고화질로 세포의 움직임을 실시간으로 관찰했다.
이번 연구를 통해 살아 있는 다양한 세포의 실시간 분자 단위 관찰이 가능해져 그동안 관찰하지 못했던 살아 있는 세포의 전이·감염에 관한 전 과정을 규명할 수 있게 돼 신약 개발 등을 더욱 촉진할 수 있을 것으로 기대된다.
코로나19 바이러스 감염증에서 알 수 있듯 바이러스의 전이·감염 과정을 분석하고 이에 대처하는 신약 개발을 위해서는 바이러스의 미시적인 행동을 실시간으로 관찰하는 것이 매우 중요하다.
이 때문에 일반 광학현미경보단 해상력이 매우 높은 전자선을 이용하는 전자현미경 기술을 이용하지만 전자의 높은 에너지 때문에 세포의 구조적 손상이 불가피해 왔다.
이에 육 교수 연구팀은 지난 2012년 개발한 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 응용해 전자현미경으로도 살아있는 대장균 세포를 관찰하는데 성공했고, 이를 재배양시킴으로써 전자와 진공에 노출됐음에도 불구하고 대장균 세포가 생존한다는 사실을 밝혀냈다.
연구팀이 이번 연구에서 활용한 그래핀은 층상 구조인 흑연에서 분리하는 등의 방법으로 얻어내는 약 0.2 나노미터(nm) 두께의 원자 막이다. 여러 분야에서 차세대 소재로 주목받고 있는 그래핀은 강철보다 200배 강한 강도와 높은 전기 전도성을 가지며, 물질을 투과시키지 않는 성질을 가진다.
연구팀은 이러한 그래핀 성질을 이용, 세포 등을 액체와 함께 감싸주면, 고진공의 전자현미경 내부에서 탈수에 의한 세포의 구조변화를 막아줄 수 있음을 밝혀냈다.
또 그래핀이 전자빔에 의해 공격성이 높아진 활성 산소들을 분해하는 효과도 지니고 있어 그래핀으로 덮어주지 않은 세포보다 100배 강한 전자에 노출되더라도 세포가 활성을 잃지 않는다는 결과를 확인했다.
육 교수는 "이번 연구 결과는 세포보다 더 작은 단백질이나 DNA의 실시간 전자현미경 관찰로까지 확대될 수 있어 앞으로 다양한 생명 현상의 기작을 근본적으로 밝힐 수 있을 것이라 기대한다ˮ고 말했다.
한편, 이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행됐으며 국제 학술지 `나노 레터스(Nano Letters)' 온라인판에 게재됐다.
