KAIST, 그래핀 기반 자연효소 모방물질 개발…알츠하이머 진단 빨라진다

Է:2019-04-23 10:58
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질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀의 바이오 에세이 적용 모습. KAIST 제공

알츠하이머병을 조기에 진단할 수 있는 자연 효소 모방 물질이 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 그래핀을 기반으로 과산화효소의 선택성과 활성을 모방한 나노단위 크기 무기 소재인 ‘나노자임(Nanozyme)’ 합성에 성공했다고 23일 밝혔다.

연구팀은 이 소재를 이용할 경우 알츠하이머병 조기 진단과 관련된 신경전달물질인 ‘아세틸콜린’을 자연 효소를 이용할 때보다 더 민감하게 검출할 수 있다는 사실을 확인했다.

우리 몸 속 다양한 화학 반응에 촉매로 참여하는 효소는 구조가 매우 복잡한 탓에 체내에서 특정 온도·환경 등 특정 반응에서만 촉매 역할을 수행한다.

이중 ‘과산화효소’의 경우 과산화수소와 반응하면 푸른 색을 띈다. 산화 과정에서 아세틸콜린을 포함한 과산화수소를 배출하는 다양한 물질을 시각적으로 검출할 수 있는 것이다. 하지만 효소는 안정성·생산성이 낮을 뿐 아니라 가격도 비싸다는 단점이 있다.

때문에 효소의 활성을 정확히 모방하는 나노물질의 필요성이 점점 커지고 있지만, 나노물질은 원하지 않은 다른 부가적인 반응을 일으킬 수도 있다.

촉매의 과산화효소와 산화효소 활성을 시각적으로 확인할 수 있는 사진. KAIST 제공

연구팀은 과산화효소 활성만을 선택적으로 모방하는 질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀을 합성했다. 이 그래핀은 과산화수소 활성은 폭발적으로 증가하지만 다른 효소 활성은 거의 증가하지 않아 과산화효소를 정확하게 모방할 수 있다.

이 물질을 바탕으로 연구팀은 중요 신경전달 물질인 아세틸콜린을 시각적으로 검출하는 데 성공했다. 아세틸콜린은 알츠하이머병의 조기 진단과 관련이 높아 연구팀의 효소모방 물질을 이용하면 질병의 조기진단 및 치료에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

이 교수는 “효소 모방 물질은 오래되지 않은 분야이지만 기존 효소를 대체할 수 있다는 잠재성 때문에 큰 관심을 받고 있다”며 “이번 연구를 통해 알츠하이머의 진단 마커인 아세틸콜린을 효과적으로 검출할 수 있는 기술을 확보했다”고 설명했다.

가천대 바이오나노학과 김문일 교수, UNIST 에너지화학공학부 곽상규 교수팀과 공동으로 연구하고 김민수 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구는 재료 분야 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 3월25일자에 게재됐다.

대전=전희진 기자 heejin@kmib.co.kr

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