KAIST, 바이오전기합성 플랫폼 구현

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 전기 자극 하나만으로 세포 안팎에서 원하는 신호 물질을 생성하고, 이를 통해 세포 반응을 마치 전기 스위치처럼 켜고 끌 수 있는 플랫폼을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 박지민·김지한 교수 공동 연구팀이 전기 신호만으로 일산화질소와 암모니아 신호 물질을 원하는 순간에 생성할 수 있고 세포의 반응 시점·범위·지속 시간까지 조절할 수 있는 고정밀 생체 제어 플랫폼인 ‘바이오전기합성 플랫폼’을 개발했다고 11일 밝혔다.

연구팀은 몸속 질산염 환원효소가 작동하는 것에 아이디어를 얻어 하나의 물질로부터 생체 신호 물질인 일산화질소와 암모니아를 선택적으로 생성할 수 있는 전기 기반 기술을 구현하는데 성공했다.

연구팀은 촉매에 따라 만들어지는 신호 물질이 달라지는 점을 기반으로 질산염을 단일 전구체로 사용하여 구리-몰리브덴-황 기반 기본 촉매와 철이 들어간 촉매를 활용하여 암모니아와 일산화질소 신호 물질을 각각 선택적으로 합성하는데 성공했다.

연구팀은 전기화학 실험과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 ‘철’이 일산화질소와 강하게 결합해 철이 있는 촉매를 쓰면 일산화질소가 더 잘 만들어지고 철이 없는 촉매를 쓰면 암모니아가 더 잘 만들어지는 식으로 생성 비율을 제어한다는 사실을 규명했다.

연구팀은 이 플랫폼을 이용해 인간 세포에 발현시킨 TRPV1(통증·온도 자극을 느끼게 하는 센서)와 OTOP1(산·암모니아 등 pH 변화를 감지하는 센서) 같은 이온 채널들을 전기 신호로 작동시키는데도 성공했다.

또 전압의 세기와 작동 시간을 조절함으로써 세포 반응의 시작 시점, 반응 범위, 종료 시점을 자유롭게 조절할 수 있음도 실험적으로 입증했다.

박지민 교수는 “이번 연구는 전기로 다양한 신호 물질을 선택적으로 생산해 세포를 정밀하게 조절할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “신경계나 대사질환을 대상으로 한 전자약 기술로의 확장 가능성도 크다”고 설명했다.