고려대 KU-KIST 융합대학원 안동준 교수(52) 연구팀이 유기발광다이오드(OLED) 소재로 생물분자의 상호작용을 검출하는 융합기술을 최초로 규명했다. 4일 고려대에 따르면 안 교수 연구팀은 특이적 인식 가능과 동시에 증폭된 발광효과를 보유한 '바이오-LED 입자'에 대한 연구를 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 미래융합파이어니어 및 중견연구자도약연구사업 등을 통해 수행했다. 연구결과는 복합 자연과학분야의 권위있는 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판 2016년 1월 4일자에 게재됐다. 휴대전화나 태블릿PC 등 소형 디스플레이에 주로 사용되는 OLED 소재와 생체분자의 특이적 인식 효과를 융합시킨 첫 사례로서 바이오-LED 현상을 최초로 구현했다는 설명이다. 안 교수는 "기존 OLED 산업에서 더 나아가 생물특이 포토닉스 기능과 이와 관련된 응용성을 갖춘 바이오-LED라는 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대한다"고 전망했다. jiany@fnnews.com 연지안 기자

다양한 구조를 가진 단백질이 생체분자와 결합해 안정적인 구조로 변하는 과정 한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 김학성 교수와 서울대학교 물리학과 홍성철 교수 공동 연구팀이 단백질이 생체 내 분자를 인식하고 결합하는 메커니즘을 규명했다고 21일 밝혔다. 핵산, 단백질 등으로 알려진 생체분자는 생물체를 구성하거나 생물의 구조와 기능, 정보전달 등에 필요한 물질로 특히 단백질은 다른 생체분자를 인지하고 결합해 생명현상을 조절하고 유지하는데 가장 중요한 역할을 한다. 단백질의 생체분자 인식에 오류가 발생하면 각종 질병이 유발되기도 해 단백질의 생체분자 인식 및 결합에 대한 원리와 과정에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 김학성 교수 연구팀은 단백질이 다양한 구조를 갖고 있으며, 구조적으로 가장 안정적인 '열린 구조'와 상대적으로 불안정한 '부분 닫힘 구조'를 반복한다는 점에 주목하고 생체분자와 결합하면서 단백질 구조가 변하는 현상을 단분자 수준에서 실시간으로 분석했다. 연구결과 생체분자는 가장 안정된 구조의 단백질을 주로 선호하며 결합과 동시에 단백질을 가장 에너지 수준이 낮은 안정된 구조로 변화시킨다는 사실을 세계 최초로 밝혔다. 이와 함께 생체분자는 불안정한 '부분 닫힘 구조'에도 결합해 단백질 구조를 변화시킨다는 사실도 규명했다. 학계는 연구팀의 이번 결과가 단백질이 생체분자와 결합하면서 구조가 변한다는 '유도형 맞춤 모델'과 생체분자가 단백질의 다양한 구조 중에서 최적의 하나만을 선택적으로 인지한다는 '구조 선택 모델'을 처음으로 실험을 통해 입증해 낸 것으로 평가하고 있다. 김학성 교수는 "생체분자가 존재하는 경우 단백질의 구조 전환 속도가 변하는 현상을 단 분자 수준에서 분석해 단백질의 생체분자 인식 메카니즘을 처음으로 직접 증명했다"며 "이번 연구로 단백질의 조절기능을 보다 정확하게 파악할 수 있게 돼 향후 복잡한 생명현상을 이해하고 관련 질병 치료제 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다"고 말했다. jhpark@fnnews.com 박지현 기자

국내 연구진이 생체분자의 3차원 입체 구조를 펨토초(1000조분의 1초) 단위의 레이저로 분석하는 방법을 개발했다. 신약개발이나 인체 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 교육과학기술부는 고려대 화학과 조민행 교수팀과 한국기초과학지원연구원 이한주 박사팀이 펨토초 레이저를 이용해 유용한 극초고속 광학 이성질체 측정 및 계산법을 개발했다고 17일 밝혔다. 분자 중에도 마치 사람의 왼손과 오른손처럼 그 거울상과 서로 포개질 수 없는 것들, 즉 3차원 입체 구조가 서로 다른 것들이 있는데 이를 광학 이성질체라 한다. 자연계에 존재하는 대부분의 생체 물질 및 합성 신약들은 광학 이성질체로 되어 있다. 따라서 새로운 신약 및 생체 반응의 특성을 이해하기 위해서는 3차원 광학 이성질체 구조를 분석 측정하는 기술이 대단히 중요하다. 특히 생체반응 중 수반되는 분자의 빠른 구조 변화를 관찰하기 위해서는 초고속 시분해능이 겸비된 구조 분석 장비가 필요한데 기존 방법은 시분해능이 길게는 수 시간에 달하는 상황이었다. 이번 공동연구진은 분광학 이론 및 컴퓨터 분자역학 시뮬레이션 기법을 활용해 펨토 초 광학 이성질체 측정법 개발에 성공, 실험적 측면에서 기존의 극미세 신호 및 시분해능 한계를 독창적인 방식으로 극복했다. 이번 연구는 단백질 접힘-펴짐 현상, DNA-단백질 결합 등과 같은 생체 내 근본적인 생화학 반응 및 비대칭 화합물들의 화학 반응의 메커니즘을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 조 교수는 “새로운 분광학적 방법개발의 파급효과는 적용 가능한 분야가 거의 무궁무진하다”며 ”이제 그 첫 걸음마를 시작한 셈이니 앞으로의 발전이 더욱 더 기대된다”고 말했다. /kueigo@fnnews.com김태호기자

국내 연구진이 생체분자의 3차원 입체 구조를 펨토초(1000조분의 1초) 단위의 레이저로 분석하는 방법을 개발했다. 신약개발이나 인체 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 교육과학기술부는 고려대 화학과 조민행 교수팀과 한국기초과학지원연구원 이한주 박사팀이 펨토초 레이저를 이용해 유용한 극초고속 광학 이성질체 측정 및 계산법을 개발했다고 17일 밝혔다. 분자 중에도 마치 사람의 왼손과 오른손처럼 그 거울상과 서로 포개질 수 없는 것들, 즉 3차원 입체 구조가 서로 다른 것들이 있는데 이를 광학 이성질체라 한다. 자연계에 존재하는 대부분의 생체 물질 및 합성 신약들은 광학 이성질체로 되어 있다. 따라서 새로운 신약 및 생체 반응의 특성을 이해하기 위해서는 3차원 광학 이성질체 구조를 분석 측정하는 기술이 대단히 중요하다. 특히 생체반응 중 수반되는 분자의 빠른 구조 변화를 관찰하기 위해서는 초고속 시분해능이 겸비된 구조 분석 장비가 필요한데 기존 방법은 시분해능이 길게는 수 시간에 달하는 상황이었다. 이번 공동연구진은 분광학 이론 및 컴퓨터 분자역학 시뮬레이션 기법을 활용해 펨토 초 광학 이성질체 측정법 개발에 성공, 실험적 측면에서 기존의 극미세 신호 및 시분해능 한계를 독창적인 방식으로 극복했다. 이번 연구는 단백질 접힘-펴짐 현상, DNA-단백질 결합 등과 같은 생체 내 근본적인 생화학 반응 및 비대칭 화합물들의 화학 반응의 메커니즘을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 조 교수는 “새로운 분광학적 방법개발의 파급효과는 적용 가능한 분야가 거의 무궁무진하다”며 ”이제 그 첫 걸음마를 시작한 셈이니 앞으로의 발전이 더욱 더 기대된다”고 말했다. /kueigo@fnnews.com김태호기자

<생과부 화상에 조민행 교수, 이한주 박사 사진 있습니다> 국내 연구진이 생체분자의 3차원 입체 구조를 펨토초(1000조분의 1초) 단위의 레이저로 분석하는 방법을 개발했다. 신약개발이나 인체 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기댄된다. 교육과학기술부는 고려대 화학과 조민행 교수팀과 한국기초과학지원연구원 이한주 박사팀은 펨토초 레이저를 이용해 유용한 극초고속 광학 이성질체 측정 및 계산법을 개발했다고 17일 밝혔다. 분자 중에도 마치 사람의 왼손과 오른손처럼 그 거울상과 서로 포개질 수 없는 것들, 즉 3차원 입체 구조가 서로 다른 것들이 있는데 이를 광학 이성질체라 한다. 자연계에 존재하는 대부분의 생체 물질 및 합성 신약들은 광학 이성질체로 되어 있다. 따라서 새로운 신약 및 생체 반응의 특성을 이해하기 위해서는 3차원 광학 이성질체 구조를 분석 측정하는 기술이 대단히 중요하다. 특히 생체반응 중 수반되는 분자의 빠른 구조 변화를 관찰하기 위해서는 초고속 시분해능이 겸비된 구조 분석 장비가 필요한데, 기존 방법은 시분해능이 길게는 수 시간에 달하는 상황이었다. 이번 공동연구진은 분광학 이론 및 컴퓨터 분자역학 시뮬레이션 기법을 활용해 펨토 초 광학 이성질체 측정법 개발에 성공, 실험적 측면에서 기존의 극미세 신호 및 시분해능 한계를 독창적인 방식으로 극복했다. 이번 연구는 단백질 접힘-펴짐 현상, DNA-단백질 결합 등과 같은 생체 내 근본적인 생화학 반응 및 비대칭 화합물들의 화학 반응의 메커니즘을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 조 교수는 “새로운 분광학적 방법개발의 파급효과는 적용 가능한 분야가 거의 무궁무진하다”며 ”이제 그 첫 걸음마를 시작한 셈이니 앞으로의 발전이 더욱 더 기대된다”고 말했다. /kueigo@fnnews.com김태호기자

한국과학기술원(KAIST)은 조광현 바이오 및 뇌공학과 교수팀이 생체 분자네트워크의 역동적 조절회로를 규명했다고 6일 밝혔다. 조 교수 연구팀은 생체 분자네트워크가 시간 흐름에 따라 역동적으로 변화하는 과정을 추적해 거대한 네트워크의 일부분만이 특정 시간대 세포 내 분자 조절작용에 참여한다는 사실을 확인했다. 정보통신기술(IT)과 생명공학(BT)을 융합한 시스템 생물학 연구를 통해 시간에 따라 변화하는 생체 분자네트워크의 동역학 개념을 최초로 제시, 세포 발달과정의 역동적인 조절메커니즘을 시스템 차원에서 규명한 것이다. 조 교수는 “이번 연구에서 제안된 개념은 암과 같은 복잡한 인체질환의 발달과정을 분석하고 새로운 진단과 예측방법의 개발에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 보인다”고 말했다. 이번 연구결과는 국제저널 ‘바이오에세이(BioEssays)’ 5월 18일자에 온라인 게재됐다. /kueigo@fnnews.com 김태호기자

 단백질 접힘-풀림 현상 등 체내의 생물화학적 변화를 관찰할 수 있는 길이 열렸다. 국내 연구진이 단백질과 핵산 등 광학 이성질성(chirality)을 띠는 생체분자의 구조변화를 1조분의 1초 단위로 측정할 수 있는 ‘초고속 분광법’을 찾아냈기 때문이다.  고려대 화학과 다차원분광학연구팀 조민행·전승준 교수와 이한주 박사팀은 1조분의 1초의 짧은 시간 단위에서 일어나는 광학 이성질체의 구조변화를 규명할 수 있는 초고속 시분해능 원평광 이색성 분광법을 개발했다고 18일 밝혔다. 이 연구결과는 국제학술지 ‘네이처’ 19일자 온라인판에 게재된다.  생명현상에 관여하는 분자들은 왼손과 오른손처럼 구성물질과 구조가 같고 거울상 대칭을 이루는 광학 이성질성을 가지고 있으며 의약 물질은 대부분 광학 이성질성 생체분자와 결합 또는 반응하며 효과를 나타내게 된다.  현재 광학 이성질성 분자의 구조를 규명하는데 널리 사용되는 ‘원편광 이색성분광 측정법’은 측정 시간이 수초에서 수시간 정도로 매우 느려 단백질 접힘-풀림 현상과 단백질-핵산 결합 등 극히 짧은 시간에 일어나는 생물화학적 현상은 관찰할 수 없었다.  연구진은 이 연구에서 수십 펨토초(100조분의 1초)의 적외선 펄스를 시료에 쏘이고 광학이성질 화합물과 상호 작용한 후 통과한 빛의 특성을 분석, 기존 실험  방법과 도구로는 측정할 수 없는 극소·극초단 신호를 증폭해 측정하는 방법을 개발했다.  이때 사용되는 레이저 펄스가 대략 1조분의 1초에 해당하기 때문에 매우 짧은 시간에 일어나는 생체분자의 변화를 시간의 흐름에 따라 측정할 수 있다고 조 교수는 설명했다. 이는 새로운 개념의 광학 이성질체 측정법으로 미지의 분야를 새로 개척했다는 데 의미가 있다.  그는 또 “이번 연구가 학문적으로는 생명현상 메커니즘을 규명하는데 기여하고 산업적으로는 신약 개발을 위한 의약물질 검색 장비로 개발이 가능할 것”이라고 기대했다. /talk@fnnews.com 조성진기자

<인터넷은 내일 아침에 올려주세요·사진은 정과부 화상에> 서울대 홍성철 교수(물리천문학부) 연구팀은 나노미터(㎚·10억분의 1m) 단위의 작은 생체분자 운동을 측정하고 제어할 수 있는기술을 최초로 개발했다고 11일 밝혔다. 연구팀이 이번에 개발한 기술은 생체분자 연구 분야에서 난제로 여겨지던 광학집게 기술과 단일분자 프렛 기술을 결합하는 방법으로, 이는 생체분자들이 화학반응을 일으키기 직전의 ‘전이상태’를 연구하는 데 필요한 기술이다. 광학집게 기술은 레이저를 이용해 개별 생체분자에 물리력을 가할 수 있는 방법이고 단일분자 프렛 기술은 형광 분자를 다른 분자에 붙여 여기서 나오는 빛을 이용해 분자 운동을 관찰하는 기법이다. 연구팀은 이 두 기술을 결합해 디옥시리보핵산(DNA)구조의 일종으로 일반적인 이중나선구조가 아니라 십자가 모양으로 교차하는 ‘Holiday Junction’ 분자구조의 전이상태를 규명하는 데 성공했다. 홍 교수는 “이번에 개발한 기술로 생체분자들이 물리적 환경에 어떻게 반응하고 세포 내 화학반응을 조절하는지를 이해하는 데 이용하는 등 응용할 수 있는 분야가 무궁무진하다”고 말했다. 연구팀의 연구결과는 세계적 과학저널 ‘사이언스’(Science)지에 실렸다./economist@fnnews.com이재원기자

[파이낸셜뉴스] 일동제약그룹의 신약 연구개발 회사인 아이리드비엠에스가 심장 질환 분야 신약 후보물질에 대한 연구 결과를 국제 학술대회에서 공개했다고 22일 밝혔다. 아이리드비엠에스는 지난 19일부터 21일까지 미국 보스턴에서 열린 ‘항섬유화 치료제 개발 회의(AFDD)’에 참가해 자사의 신약 후보물질 ‘IL21120038’에 대한 비임상 연구 데이터를 포스터 형식으로 발표했다. ‘IL21120038’은 면역과 관련한 신호 전달 단백질의 하나인 케모카인의 수용체 중 생체 조직의 섬유화와 염증 유발 등에 밀접하게 관여하는 CXCR7에 작용하는 저분자 화합물 기반의 항섬유화 신약 후보물질이다. CXCR7은 심장에 허혈이나 손상 등이 발생할 때 심근 세포가 사멸되는 것을 억제하는 데에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 포스터 발표에 따르면, 실험용 쥐를 활용한 심근경색 모델 비임상 연구 결과 ‘IL21120038’이 좌심실의 경색 부위를 현저히 축소시켰고 심장 손상 지표인 CK-MB3과 cTnI 수치도 크게 낮춘 것으로 나타났다. 또한, 심박출량 증가와 더불어 염증 및 섬유화 완화 효과도 확인됐다. 뿐만 아니라, 심부전 등 심혈관 질환 치료에 널리 쓰이는 기존 약제인 엔트레스토(성분명 사쿠비트릴/발사르탄)와 비교한 시험에서도 ‘IL21120038’이 더 우수한 개선 효과를 보였다. 아이리드비엠에스는 비임상 연구를 통해 허혈성 심질환, 부정맥, 심장 마비 등 섬유화로 기인한 다양한 심장 질환을 치료하는 혁신 신약(first-in-class)으로서의 가능성을 확인한 만큼, 안전성평가(GLP) 시험 등 ‘IL21120038’과 관련한 임상계획(IND) 승인 신청에 필요한 제반 요건 충족에 신속히 나설 계획이다. 아이리드비엠에스는 CXCR7 작용제과 관련한 다양한 비임상 연구를 통해 심장 질환 외에도 폐와 간 섬유화증에 대한 치료 가능성을 확인하였으며, 올해 열린 미국흉부학회(ATS)와 유럽간학회(EASL)에서 각각의 연구 결과를 발표한 바 있다. 회사 측은 내년 개최 예정인 JP모건 헬스케어 콘퍼런스 등에 참가해 글로벌 제약사들과 함께 공동 개발, 라이선스 아웃 등 상업화에 관한 논의를 진행한다는 계획이다. vrdw88@fnnews.com 강중모 기자

【파이낸셜뉴스 수원=장충식 기자】 국내 연구진이 아주 낮은 수준의 전압에서도 생체신호를 정확하게 측정할 수 있는 유연한 고감도 전자피부 개발에 성공했다. 머리카락 두께 100분의 1 수준의 초박막 센서로 인체의 다양한 움직임에도 안정적이고 정확하게 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 기술 발전에 기여할 것으로 보인다. 12일 아주대학교는 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과) 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 연구팀과 공동으로 수직 형태의 채널구조를 갖는 초유연·초저전압 전자피부를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 '표피 신호 모니터링을 위한 초유연성 수직 코바이노 유기 전기화학 트랜지스터(Ultraflexible Vertical Corbino Organic Electrochemical Transistors for Epidermal Signal Monitoring)‘라는 논문으로 저명 학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)> 11월호에 게재됐다. 아주대 지능형반도체공학과 박사과정 이인호 학생, 서울대 신소재공동연구소 김지환 박사후연구원과 광주과학기술원(GIST) 김영석 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 강기훈 서울대 재료공학부 교수(공동저자), 광주과학기술원 윤명한 신소재공학부 교수(교신저자)와 아주대 박성준 전자공학과·지능형 반도체공학과 교수(교신저자)가 이번 연구를 주도했다. 유연하고 가벼우며 생체친화적인 전자피부(e-skin)는 최근 국내외에서 활발히 연구되고 있다. 그중에서도 유기 전기화학 트랜지스터는 피부 계면에서 일어나는 미세한 이온 변화를 전기 신호로 변환할 수 있어, 높은 감도의 비침습적 측정이 필요한 생체리듬 모니터링 센서에 활발히 적용되고 있다. 그러나 현재까지 개발된 전자피부 형태의 유기 전기화학 트랜지스터는 피부에 부착된 상태에서, 인간의 일상 움직임에 따라 소자의 형태가 변형되기 때문에 전기적 평형 상태를 유지하기 어렵다는 단점이 있었다. 이는 유기 전기화학 트랜지스터가 일반적으로 양옆에 전극이 배치된 평면 구조(planar structure)를 사용하기 때문이다. 또 평면 구조의 특성상, 반도체 채널 길이를 1마이크론 이하로 짧게 만들기 어려워 피부 부착 시에 안정적이고 높은 감도로 신호를 측정해내기 어렵다는 한계도 존재했다. 공동 연구팀은 이에 전극을 위아래로 배치한 수직 구조(vertical structure)를 채택하여 500나노미터(nm) 미만의 채널 길이를 갖는 수직 구조 형태의 소자를 개발했다. 해당 소자는 특히 기계적 변형 시 소자가 받는 힘을 안전하게 분산시키기 위해, 원형 채널 형태로 설계됐다. 이 구조는 기생 저항을 효과적으로 제거하기 위해 4단자 기반의 측정 방식을 도입, 400mS의 세계 최고 수준 증폭률을 달성했다. 이를 통해 기존 방식에 비해 증폭률과 구동 안정성을 각각 10배, 30배 이상 향상시킨 고감도의 유기 전기화학 트랜지스터를 개발할 수 있었다. 연구팀은 개발한 수직 구조의 유기 전기화학 트랜지스터를 1마이크로미터(μm) 두께의 고분자 기반 기판 위에 구현, 머리카락 두께의 100분의 1 수준인 총 두께 2마이크로미터의 초박형 센서를 제작했다. 해당 센서는 33% 압축 변형과 1000회 이상의 반복적인 인장 시험에서도 성능 저하 없이 안정적인 작동을 보였고,  다양한 움직임 속에서도 신뢰성 높은 생체신호를 측정할 수 있음을 입증했다. 이러한 기술은 실시간 건강 모니터링과 원격 생체신호 분석·진단 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 전망이다. 박성준 아주대 교수는 "이번 연구를 통해 초저전압에서 높은 감도로 생체신호를 측정할 수 있는 비침습적 피부 인터페이스 건강 모니터링 기술에 획기적 진전을 이루어냈다"며 "다양한 기능을 갖춘 초소형·초박형 웨어러블 기기의 구현 가능성을 높이고, 장기간 사용해도 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 방안을 제시할 수 있을 것"이라고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재글로벌영커넥트·나노소재기술개발사업과 아주대학교 연구비 지원을 받아 수행됐다. jjang@fnnews.com 장충식 기자