세포 기능 정밀 연구를 가능케 하는 분자 모터 개발

몸에 있는 모든 세포 속에, 극소형의 단백질 모터는 사람들이 생활할 수 있도록 천천히 작동하고 있다. 근육의 이동, 세포의 분할 그리고 DNA의 트위스트, 이 모든 것은 생물학의 연구대상이다. 그렇지만, 그것들이 어떻게 작동하는지에 대해서는 불확실성이 여전하다. 더욱 많이 알고자 하는 생물학자들의 탐구를 돕고자, 스탠퍼드 대학교 바이오엔지니어들이 빛으로 원격제어가 가능한 단백질 모터를 디자인했다.

"생물학은 복잡한 업무를 수행할 수 있는 이러한 나노 크기의 머신으로 가득 차 있다. 우리는 그것들이 어떻게 화학에너지를 기계적인 작업으로 변환시키고 세포 속에서 특정 업무를 어떻게 수행하는지를 이해하기를 원한다"고 이 대학교 바이오엔지니어링 조교수이자 연구팀 책임자인 제브 브라이언트(Zev Bryant) 교수는 말했다.

박사과정 학생인 무니아키 나카무라(Muneaki Nakamura)씨를 포함한 브라이언트(Bryant) 교수 연구팀은 빛에 반응하는 단백질 모터의 청사진을 디자인했다. 돼지, 점균류 그리고 빛을 검지하는 모듈을 가진 귀리와 같은 다른 유기체의 DNA를 짜깁기하여, 연구진들은 각각의 단백질 모터에 맞는 DNA 코드를 창조했다.

원격에서 제어되는 나노모터에 대한 연구결과는 8월 3일 [Nature Nanotechnology]에 나카무라(Nakamura)씨, 브라이언트(Bryant) 교수 그리고 동료가 기고한 논문에 실려 있다. 빛에 노출되면, 이 새로운 단백질 모터는 방향이나 속도를 변경시킨다. "이것은 꽤 미세한 공간제어이다. 당신은 빛이 있는 곳과 없는 곳을 결정할 수 있고 이러한 매우 독특한 방식으로 모터 제어가 가능하다"고 브라이언트(Bryant) 교수는 말했다. 실시간으로 모터를 제어할 수 있다는 것은 세포에 요긴한 것이며 개발 생물학자들은 살아있는 유기체 내에서의 힘과 이동을 연구하는 중이다.

"우리가 세포와 유기체 내부로 이동하고, 생물학자들과 더욱 긴밀하게 공동연구를 진행한다는 것은 완전히 새로운 프로젝트"라고 브라이언트(Bryant) 교수는 말했다. 그와 연구팀이 기본적인 청사진을 가지고 있으므로, 그들은 특수한 작업을 연구 중인 생물학자들에게 이러한 모터를 커스터마이징하는 것이 가능할 것이다. "미래의 연구 단계에서, 나는 생물학자들이 세포 단위에서 분자 모터의 특성을 매우 특수하게 변경시킬 수 있는 툴을 제공할 수 있기를 원한다"고 브라이언트(Bryant) 교수는 말했다.

예를 들어, 진단용 장치와 같은 생물학 분야의 외부에서도 제어 가능한 모터를 사용할 가능성이 있다. 브라이언트(Bryant) 교수는 연구진들이 "분자를 수송하고 분자를 분류하며 분자를 응집하는" 그들의 생물학적 역할과 유사한 기능을 수행하는 분자 모터 제작 연구를 진행해 왔다.

최초이자 맨 서두에서, 브라이언트(Bryant) 교수는 본질적인 특성을 조명하기 위한 노력의 하나로 생물학에서는 한 번도 검토되지 않은 특성들을 통합시키는 작업 즉, 이러한 모터의 리빌딩 작업을 진행 중이다. "진화는 기본 디자인에서 출발하여, 빠른 모터, 느린 모터 그리고 장거리를 이동하는 모터를 제작하는 것이다. 우리는 다양한 모터 제작을 위해 노력해 왔고, 진화에 의해 이미 이루어진 것들 외부의 것에 대해 우리가 탐구함으로써 현재의 이해 정도에 대해 도전을 하게 될 것"이라고 브라이언트(Bryant) 교수는 말했다.

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