순수 국내연구진이 이중가닥 유전자에만 선택적으로 결합하는 다가(Multivalent)형태의 단백질을 합성하고 이를 금 나노선 광학센서에 적용해 초고감도로 유전자를 검출하는데 성공했다.

이 기술은 향후 다양한 바이오마커 검출을 위한 단백질 프로브와 이를 활용한 고감도, 고특이 질병진단기술 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

한국생명공학연구원 위해요소감지BNT연구단 강태준 박사와 KAIST 화학과 정용원, 김봉수 교수 연구팀이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 글로벌프론티어사업 바이오나노헬스가드연구의 지원으로 수행됐고, 화학분야의 세계적인 저널인 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition, IF=11.994)에 지난해 10월 25일자 온라인 판에 게재됐다.

연구팀은 단백질 공학과정을 통해 이중가닥 유전자와 특이적으로 결합하는 다가형태 단백질을 최초로 합성했고, 실제로 이 단백질이 이중가닥 유전자에 대해 매우 높은 결합력을 가짐을 확인했다. 하지만 동시에 이 단백질이 단일가닥 유전자에 대한 비특이적인 결합력도 증가해 유전자 검출에 문제점을 보이는 현상도 발견했다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 개발된 다가형태 단백질의 표면 전하를 조절해 표적 유전자에 대해서는 매우 특이적으로 결합하고 비표적 유전자에 대해서는 거의 완벽하게 결합하지 않는 최적의 다가형태 단백질을 개발했다.

연구팀은 최적화된 다가형태 단백질을 금 나노선 광학센서에 적용해 아토몰라(Attomolar) 농도 수준의 유전자 검출에 성공했다.

최적화된 다가형태 단백질과 금 나노선 광학센서를 융합해 질병진단 바이오마커로 사용될 수 있는 유전자를 초고감도로 검출하는데 성공한 것이다. 특히 여러 개의 유전자를 동시 검출할 수 있음을 보여 이 기술의 질병진단 센서로의 가능성을 확인했다.

즉 이중가닥 유전자와 결합하는 다가형태 단백질을 최초로 합성하고 이 단백질의 전하를 조절함으로써 검출능력을 극대화해 이를 금 나노선 광학센서에 적용, 질병진단용 유전자를 아토몰라 농도 수준으로 검출할 수 있었다는 것이다.

연구책임자인 강태준 박사는 "이번 연구성과는 다가 상호작용을 이용해 이중가닥 유전자에 강한 결합력을 가지는 신규 단백질 프로브를 개발하고, 또한 단백질의 표면 전하 개질을 통해 비특이적인 결합을 어떻게 감소시킬 수 있는지를 보여준 것"이라며 "이러한 연구 결과는 다양한 바이오마커에 특이적으로 결합하는 단백질 프로브 개발과 이를 활용한 고감도, 고특이 질병진단기술 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
 

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