나노 튜브가...세균 파괴와 질병 전파 막는다.

세포 간 전달 담당하는 나노 튜브

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-07-02

 

최근 연구 결과에 의하면 자연적으로 형성된 나노 튜브가 역전사 바이러스(retrovirus)나 세균이 병든 세포에서 건강한 세포로 이동하는 것을 막아준다. 이러한 발견으로 왜 백신이 어떤 질병에는 효과가 크게 없는지를 설명할 수 있게 되었다.

나노 튜브 형성은 세포 생물학자들이 오래 전부터 알고 있었다. 그런데, 이렇게 작은 나노 튜브는 세포 배양 과정에서 잘못 형성된 것으로만 간주되었고 최근에서야 나노 튜브가 세포 간 통로 역할을 한다는 것을 알게 되었다. 그래서, 이런 나노 튜브에 역할에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

세포 간 나노 튜브에 관하여 잘 이해하기 위해, 과학자들은 시험관 안에서 나노 튜브를 만들어서 실험하는 방법을 모색했다. 그 결과, 산디아 국립연구소(Sandia National Laboratories) 연구원들이 드디어 나노 튜브를 쉽게 만들 수 있게 되었다. 이렇게 제작된 나노 튜브는 단백질과 막에서 일어나는 일반적인 상호작용을 실험하기에 충분하였다.

터널처럼 생긴 이 구조는 매우 작지만 몸에 이롭거나 해로운 작용에 중요한 역할을 한다는 것이 최근에 알려졌다. 그래서, 이것의 작용에 대해 이해하는 것은 매우 중요하다.

나노 튜브가 특정 질병의 전파를 막기도 하지만, 세균을 파괴하는 작용도 할 수 있다. 그리고, 나노 튜브는 화학 물질 전달을 통하여 세포 간 정보를 주고 받는다. 이 방법은 혈관에 무작위로 방출하는 것 보다 효과적인 정보 전달 방법이다. 즉, 세포 간 전달현상이 무작위로 이루어지는 것이 아니라 특정한 방향성을 가지고 있다.

인간의 세포에서 일어나는 이처럼 독특한 전달 체계 때문에, 연구원들이 인체의 나노 튜브를 실험실에서 만들어 보게 되었다. 산디아 국립연구소 연구원들은 이 실험을 위해 거대 지질 소수포를 사용하였다.

거대 지질 소수포는 마이크로 크기의 비누 거품과 비슷하게 생겼다. 차이가 있다면 5 나노미터 두께의 지질 이중층 막으로 형성된 거품이라는 것이다.

이 실험의 목적은 구형의 소수포가 나노미터 반지름을 가진 실린더 형태로 변하도록 하는 것이다. 연구진은 처음에 복합 지질을 사용하였는데 이것은 튜브 형태로 변형하기 위해서 많은 에너지가 필요하였다. 그래서, 소수포에서 나노 튜브를 형성하지 못 하였다. 이 물질은 저렴하고, 쉽게 구할 수 있으며, 안정적인 막을 형성한다. 그래서, 기계적인 인장으로 나노 실린더를 쉽게 형성할 수 있는데, 다른 방법으로는 나노 실린더 형성이 쉽지 않다. 그래서, 변형 에너지가 절반 밖에 필요하지 않은 POPC를 대신 사용하였다.

이 물질을 사용하여 적절한 조건 하에서 구형에서 튜브 형태로 자연적으로 변형되는 방법을 연구하였다. 그러던 중 POPC가 스트렙타비딘(streptavidin)이라는 단백질과 결합하여 나노 튜브를 형성할 수 있다는 것을 발견하였다. 나노 튜브가 형성된 것은 공초점 영상 현미경을 사용하여 확인되었다.

막의 변형 에너지와 나노 튜브에 관한 이러한 결과는 막의 구조 및 세포가 세포 간 통로를 만드는 과정에 대한 단서를 제공한다. 또한, 세포간 나노 튜브 보다는 크기만, 신생혈관형성(angiogenesis)과 같은 미세 튜브 연구 발전에도 기여를 할 것이다. 이것은 상처, 외상, 심장 혈관 질환, 류마티스 관절염, 암 등 여러 경우에 있어서 중요한 역할을 한다.(GTB2008040651) 특히, 종양이 양성에서 악성으로 전이할 때에 핵심적인 역할을 수행한다.(GTB2008050359)

산디아 국립연구소의 연구진은 3 차원 나노 튜브 네트워크 형태도 만들었다. 이것의 모양과 기능은 거미줄과 흡사하다. 즉, 세균을 포획하여 저장하였다가 먹어버린다.

그림 설명 : 리트로바이러스로부터 세포를 보호하는 방법을 연구하기 위해 나노 튜브를 성장 시키는 과정

 

 출처: 과학기술정보통합서비스