알츠하이머병이나 파킨슨병 같은 퇴행성 질환의 발병 과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 이 기술로 알츠하이머병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 베타 섬유의 초기 성장 과정에서 발현되는 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰하기도 했다.

한국과학기술원(KAIST, 카이스트)는 신소재공학과 육종민 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원, 포항산업과학연구원, 성균관대 약대 연구팀과 함께 그래핀을 이용해 알츠하이머 질병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 섬유 단백질을 실시간 관찰할 수 있는 새로운 단분자 관찰 기술(single-molecule technique)을 개발했다고 30일 밝혔다.

단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰하는 기법으로, 단백질 간 상호작용, 접힘, 조립 과정 등을 이해하는 데 필요한 핵심 기술이다. 지금까지는 형광 현미경이나 초저온 전자현미경 기법이 단분자 관찰 기술로 활용됐다.

하지만 단백질 그대로를 특별한 전처리 없이 분자 단위에서 실시간 관찰하는 기술은 없었다. 액상 전자현미경 기술이 대안으로 주목받고 있지만 두꺼운 투과 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성이 해결할 과제로 꼽힌다. 연구진은 이 문제를 해결했다.

연구진이 개발한 단분자 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술은 분자 수준 관찰이 가능하며 전자빔에 의한 단백질 산화를 방지하는 역할을 해 기존 대비 40배 가량 변성을 억제한다. 연구진은 이 기술로 아밀로이드 베타 섬유 초기 성장 과정에서 나타나는 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰했다.

육 교수는 “현미경 기술 발전은 생명과학과 공학 기술 발전의 토대가 되는 것으로, 분자 단위의 현상을 관찰할 수 있다면 단백질들의 상호작용을 이해하고 조절하는 실마리를 제공할 수 있다”며 “이를 통해 알츠하이머와 같은 퇴행성 질환의 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다ˮ고 말했다.

이번 연구에는 KAIST 신소재공학과 졸업생인 박정재 박사가 제1 저자로 참여했다. 연구결과가 담긴 논문 ‘Single-Molecule Graphene Liquid Cell Electron Microscopy for Instability of Intermediate Amyloid Fibrils’는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 게재됐다.