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.
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
GoodNews paper ⓒ 국민일보(www.kmib.co.kr), 무단전재, 수집, 재배포 및 AI학습 이용 금지
