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거미줄 생성 분자 메카니즘
게시일 2010-05-25 09:46 | 최종수정 2010-09-09 13:35
작은 거미가 어떻게 몸에 몇 백 센티미터 길이의 거미줄을 만들 수 있는 물질을 가지고 있는지, 무엇이 이 물질을 거미줄로 변환시키는지에 대한 오랜 인간의 의문을 마침내, 스웨덴 농과대학(SLU, Swedish University of Agricultural Sciences) 연구진이 해결하였다. 기사에 실린 새로운 연구 결과들은 과학저널 네이처(Nature) 지에 게재되었다.
“우리는 거미줄 단백질의 첫 부분이 얼마나 특별하고 중요한 기능을 가지는 지에 대해 관심을 가져왔다. 이것은 매우 간단한 조절을 통해 거미줄 단백질을 거미줄로 변환시킨다.”라고 SLU 연구원인 마이 헤다머(My Hedhammar)는 말했다. 거미는 몸의 분비 샘에 거미줄을 형성하기 위해 필요한 단백질을 저장하고 있고, pH 수치를 빠르게 낮춤으로써 거미줄 전환 과정을 시작할 수 있다. 거미줄을 만들 때가 되면 거미줄 단백질은 관을 통과하며 거미줄로 바뀌는데, 관을 따라가면서 이 단백질의 상태는 변하게 된다. 여러 상태량 중에서 특히 pH 수치가 빠르게 변하는데 중성보다 낮은 pH 6의 다소 산성을 띄는 단백질이 된다.
“거미줄 단백질은 세 부분으로 이루어져 있다. 본 연구에서 SLU 연구진은 NT라고 불리는 단백질의 첫 번째 부분에 대해 중점적으로 다루었고, 거미줄 단백질의 첫 번째 부분이 거미에게 중요한 매우 특별한 단백질이라는 것을 증명하였다. NT 단백질은 중성에서는 거미줄 단백질이 액체 상태를 유지하도록 작용하지만, pH가 산성이 되면 단백질을 빠르고 질서정연하게 거미줄로 만든다.”라고 마이 헤다머는 말했다. 거미줄이 세상에서 가장 강한 물질이라는 것이 밝혀진 이후, 인조 거미줄을 만들고자 하는 것은 과학자들의 오랜 꿈이었다. 그러므로 과학자들은 미래에 외과 수술 봉합실부터 방탄조끼에 이르기까지 모든 것들에 사용될 수 있는 인조 거미줄을 만드는 것에 대한 커다란 희망을 가지고 있다. 거미줄은 강하면서도 탄성을 가진 물질이고, 더구나 생분해성 물질로 친환경적이다. 예를 들어, 의료 기술 발전에 있어 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
인조 거미줄을 만들기 위해서, 거미가 거미줄을 만들기 시작하는 방법에 대한 기초 연구는 거미줄 제조에 있어 풀리지 않는 퍼즐의 핵심 요소로 부각되고 있다. 세계의 많은 연구자들이 거미줄 생성 과정을 밝히기 위해 노력 중이다. 본 연구에 SLU의 몇몇 과학자들이 참여하고 있으며 전통적인 생화학적 방법으로 많은 연구 성과를 거두었다. 세상에서 가장 강력한 거미줄을 만드는 종의 하나이며 해부가 매우 간단하다는 장점을 가진 유프로스세놉스 어스트라일리스(Euprosthenops australis)라는 거미를 본 연구에서 주로 이용하였다. 하지만, 본 연구를 통해 밝혀진 거미줄 단백질에 대한 새로운 발견은 종에 개의치 않고 모든 거미에게 적용할 수 있다.
글라레 아스카리(Glareh Askaried), 마이 헤다머(My Hedhammar), 케스틴 노들링(Kestin Nordling), 안나 리싱(Anna Rising), 잔 조한슨(Jan Johansson), 그리고 스테판 D. 나이트(Stefan D. Knight) 등 SLU 연구진이 연구한 더 많은 연구 결과는 네이처(Nature) 지의 최신호에 자세히 설명되어 있다.
지금까지 거미줄의 특성은 세상의 과학자들을 유혹하기에 충분하였다. 본 기사에서 제시한 바와 같이 높은 강도와 탄성을 겸비하였고, 이는 구체적으로 강철의 5배 강도와 30%의 신축성을 자랑하며, 또한 높은 온도에 잘 견디며 물에 젖지 않으면서도 인체에 알레르기를 일으키지 않는 장점이 있다. 하지만, 거미를 대량을 사육하여 활용하기에는 기술적, 경제적 난관이 있었다. 그간 연구는 거미가 거미줄을 만들 때 산화과정을 이용한다는 것에 착안하여 합성 단백질을 만들었고, 대량 생산을 위한 시도로 담배나 감자 등에 거미줄 유전자를 이식하기도 했다. 거미는 그 종류가 다양한 만큼 각기 다른 특성의 거미줄을 생산하는 것으로 알고 있다. 이러한 자연모사 과학 연구는 인간이 자연을 거스르며 발전시켰던 과학을 다시 자연으로 눈을 돌리게 하고 있다. 이 무궁무진한 자연의 산물에게서 우리는 생활의 편의뿐만 아니라 의학적, 군사적 혜택도 엄청나게 받을 것으로 기대된다. (작성자의 의견)
1. 출처: ScienceDaily (May 17, 2010)
2. 그림 설명: 인조 거미줄 (출처: 스웨덴 농업대학)
3. 원문 정보: Glareh Askarieh, My Hedhammar, Kerstin Nordling, Alejandra Saenz, Cristina Casals, Anna Rising, Jan Johansson, Stefan D. Knight. Self-assembly of spider silk proteins is controlled by a pH-sensitive relay. Nature, 2010; 465 (7295): 236 DOI: 10.1038/nature08962
4. 참고자료: 인공 거미줄(artificial spider silk) ? 지난 2004년 히브루 대학과 독일 뮌헨 대학, 영국 옥스포드 대학의 과학자들은 유전공학을 이용하여 천연 거미줄과 거의 똑 같은 인공거미줄을 만들어 내는데 성공했다. 인공 거미줄은 실크보다 훨씬 질긴 특성 때문에 방탄조끼나 외과수술용 실 또는 낚싯대 등에 사용될 수 있을 것으로 기대되었다. 연구진은 ‘드래그라인 실크(drag line silk)’로 알려진 단백질을 가진 왕거미의 유전자를 사용하여 천연 거미줄에 들어있는 특정 단백질을 재현하기 하였는데, 그래그라인 실크는 같은 굵기의 나일론이나 강철 섬유보다 무려 6배나 질긴 특성을 가진다고 보고되었다. http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=104&oid=096&aid=0000007961를 참고하여 정리하였음.
정보제공 : 한국과학기술정보연구원(KISTI) 해외과학기술동향
(본 내용은 KISTI의 정보이용 승인을 통해 제공되며 저작권은 KISTI에 있습니다.)
“우리는 거미줄 단백질의 첫 부분이 얼마나 특별하고 중요한 기능을 가지는 지에 대해 관심을 가져왔다. 이것은 매우 간단한 조절을 통해 거미줄 단백질을 거미줄로 변환시킨다.”라고 SLU 연구원인 마이 헤다머(My Hedhammar)는 말했다. 거미는 몸의 분비 샘에 거미줄을 형성하기 위해 필요한 단백질을 저장하고 있고, pH 수치를 빠르게 낮춤으로써 거미줄 전환 과정을 시작할 수 있다. 거미줄을 만들 때가 되면 거미줄 단백질은 관을 통과하며 거미줄로 바뀌는데, 관을 따라가면서 이 단백질의 상태는 변하게 된다. 여러 상태량 중에서 특히 pH 수치가 빠르게 변하는데 중성보다 낮은 pH 6의 다소 산성을 띄는 단백질이 된다.
“거미줄 단백질은 세 부분으로 이루어져 있다. 본 연구에서 SLU 연구진은 NT라고 불리는 단백질의 첫 번째 부분에 대해 중점적으로 다루었고, 거미줄 단백질의 첫 번째 부분이 거미에게 중요한 매우 특별한 단백질이라는 것을 증명하였다. NT 단백질은 중성에서는 거미줄 단백질이 액체 상태를 유지하도록 작용하지만, pH가 산성이 되면 단백질을 빠르고 질서정연하게 거미줄로 만든다.”라고 마이 헤다머는 말했다. 거미줄이 세상에서 가장 강한 물질이라는 것이 밝혀진 이후, 인조 거미줄을 만들고자 하는 것은 과학자들의 오랜 꿈이었다. 그러므로 과학자들은 미래에 외과 수술 봉합실부터 방탄조끼에 이르기까지 모든 것들에 사용될 수 있는 인조 거미줄을 만드는 것에 대한 커다란 희망을 가지고 있다. 거미줄은 강하면서도 탄성을 가진 물질이고, 더구나 생분해성 물질로 친환경적이다. 예를 들어, 의료 기술 발전에 있어 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
인조 거미줄을 만들기 위해서, 거미가 거미줄을 만들기 시작하는 방법에 대한 기초 연구는 거미줄 제조에 있어 풀리지 않는 퍼즐의 핵심 요소로 부각되고 있다. 세계의 많은 연구자들이 거미줄 생성 과정을 밝히기 위해 노력 중이다. 본 연구에 SLU의 몇몇 과학자들이 참여하고 있으며 전통적인 생화학적 방법으로 많은 연구 성과를 거두었다. 세상에서 가장 강력한 거미줄을 만드는 종의 하나이며 해부가 매우 간단하다는 장점을 가진 유프로스세놉스 어스트라일리스(Euprosthenops australis)라는 거미를 본 연구에서 주로 이용하였다. 하지만, 본 연구를 통해 밝혀진 거미줄 단백질에 대한 새로운 발견은 종에 개의치 않고 모든 거미에게 적용할 수 있다.
글라레 아스카리(Glareh Askaried), 마이 헤다머(My Hedhammar), 케스틴 노들링(Kestin Nordling), 안나 리싱(Anna Rising), 잔 조한슨(Jan Johansson), 그리고 스테판 D. 나이트(Stefan D. Knight) 등 SLU 연구진이 연구한 더 많은 연구 결과는 네이처(Nature) 지의 최신호에 자세히 설명되어 있다.
지금까지 거미줄의 특성은 세상의 과학자들을 유혹하기에 충분하였다. 본 기사에서 제시한 바와 같이 높은 강도와 탄성을 겸비하였고, 이는 구체적으로 강철의 5배 강도와 30%의 신축성을 자랑하며, 또한 높은 온도에 잘 견디며 물에 젖지 않으면서도 인체에 알레르기를 일으키지 않는 장점이 있다. 하지만, 거미를 대량을 사육하여 활용하기에는 기술적, 경제적 난관이 있었다. 그간 연구는 거미가 거미줄을 만들 때 산화과정을 이용한다는 것에 착안하여 합성 단백질을 만들었고, 대량 생산을 위한 시도로 담배나 감자 등에 거미줄 유전자를 이식하기도 했다. 거미는 그 종류가 다양한 만큼 각기 다른 특성의 거미줄을 생산하는 것으로 알고 있다. 이러한 자연모사 과학 연구는 인간이 자연을 거스르며 발전시켰던 과학을 다시 자연으로 눈을 돌리게 하고 있다. 이 무궁무진한 자연의 산물에게서 우리는 생활의 편의뿐만 아니라 의학적, 군사적 혜택도 엄청나게 받을 것으로 기대된다. (작성자의 의견)
1. 출처: ScienceDaily (May 17, 2010)
2. 그림 설명: 인조 거미줄 (출처: 스웨덴 농업대학)
3. 원문 정보: Glareh Askarieh, My Hedhammar, Kerstin Nordling, Alejandra Saenz, Cristina Casals, Anna Rising, Jan Johansson, Stefan D. Knight. Self-assembly of spider silk proteins is controlled by a pH-sensitive relay. Nature, 2010; 465 (7295): 236 DOI: 10.1038/nature08962
4. 참고자료: 인공 거미줄(artificial spider silk) ? 지난 2004년 히브루 대학과 독일 뮌헨 대학, 영국 옥스포드 대학의 과학자들은 유전공학을 이용하여 천연 거미줄과 거의 똑 같은 인공거미줄을 만들어 내는데 성공했다. 인공 거미줄은 실크보다 훨씬 질긴 특성 때문에 방탄조끼나 외과수술용 실 또는 낚싯대 등에 사용될 수 있을 것으로 기대되었다. 연구진은 ‘드래그라인 실크(drag line silk)’로 알려진 단백질을 가진 왕거미의 유전자를 사용하여 천연 거미줄에 들어있는 특정 단백질을 재현하기 하였는데, 그래그라인 실크는 같은 굵기의 나일론이나 강철 섬유보다 무려 6배나 질긴 특성을 가진다고 보고되었다. http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=104&oid=096&aid=0000007961를 참고하여 정리하였음.
정보제공 : 한국과학기술정보연구원(KISTI) 해외과학기술동향
(본 내용은 KISTI의 정보이용 승인을 통해 제공되며 저작권은 KISTI에 있습니다.)
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