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본 연구실은
국가지정연구실
해양분자생명공학
- 홍합접착단백질
- 항생펩타이드
세포분자생명공학
나노분자생명공학
- 병원성 미생물 검출 DNA칩
- 탄수화물칩
환경/에너지분자생명공학
- 바이오수소
- 유기인분해생물촉매개발
 
 
 
 
  
본 연구실에서는 분자차원에서 생체물질들을 재설계함으로써 유용한 생체물질들을 생체공장으로부터 기능적이고 효율적으로 생산하는 분자생명공학연구를 수행하고 있다.
즉, 분자생명공학기술을 이용하여, 다양한 생명체로부터 유용한 유전자를 확보 및 재설계하고 이를 적합한 발현(생산) 시스템에 적용하여, 환경, 농업, 의약, 식품 분야 등의 다양한 분야에서 산업적으로 활용 가능한 유용자원(바이오접착소재, 의약단백질, 항생펩타이드, 바이오수소, 바이오칩)을 개발하고 응용하는 연구를 수행하고 있다.

Our MAGIC laboratory is has been mainly focusing on molecular biotechnology researches that are related to functional and efficient productions of useful materials from biofactories through redesign of biomaterials in molecular level. Molecular biotechnology is a relatively new research field as a result of the fusion of recombinant DNA technology and traditional biotechnology. Especially, we are performing researches on development and application of useful resources (bioadehsives, pharmaceutical proteins, antimicrobial peptides, biohydrogen, biochips) through molecular and cellular redesign of genetic materials using molecular biotechnological tools.
바다에 사는 홍합, 접착제로 변신
현재 사용되고 있는 접착제들은 접착력이 좋지만 자연분해 되지 않아 환경에 좋지 않은 화학합성 접착제나 의료용으로 사용이 가능하지만 충분한 접착력을 지니고 있지 않은 피브린계 접착제들뿐이다. 대안은 매우 강한 접착력과 환경친화성을 지닌 생체유래 홍합접착단백질이 될 수 있을 것이다.

*바다가 육지라면?
바다가 지구 표면적의 70%를 차지하고 있다는 것은 자주 들어 잘 알고 있는 사실일 것이다. 그 부피에 걸맞게 다양한 생명체(그림 1)를 품고 있는 바다에서 해양생명체 연구는 현재1퍼센트 미만으로 진행되어 있음에도 불구하고 육지에서 발견되지 않았던 새로운 물질들이 1990년 중반 이후 1,000여종에 가깝게 보고되고 있다. 이러한 신물질에는 항암, 항염, 진통 효과가 현재 쓰이고 있는 것보다 몇 배에서 몇 천 배 높은 물질들도 있어 신약으로 개발 중이거나 이미 판매되고 있다. 바다의 생명체는 육지와 매우 다른 환경에서 살며 환경에 적응하기 위해 매우 특이한 기능들을 발전시켜 왔고, 때문에 계속해서 지금껏 발견되지 않던 물질들이 발견되는 것은 당연한 일일지도 모른다.
그렇기에 바다가 육지라면 우리 몸을 고쳐주는 약들도 거기서 거기겠고 덧붙여 맛있고 신선한 해산물들도 찾아볼 수 없게 되겠다.

(그림1 - 다양한 해양생명체)


*흔한 것에서 귀한 것을 찾다
이러한 신물질들은 과연 전혀 새로운 종에서만 발견되는 것일까? 대답은 ‘그렇지 않다’ 이다.
많은 사람들이 홍합을 봤던 경험이 있을 것이다. 물론 그 만남은 대부분 밥상 위에서 이루어졌을 것이다. 그러나 홍합의 가치를 우리의 미각적 욕구를 충족하는데 말고도 부여할 수 있다는 생각을 해 본적은 별로 없을 것이다. 홍합은 실제로 바닷가의 배나 바위 등의 표면에 맨손으로 절대 떼어내지 못할 정도로 단단히 붙어 자란다. 그렇다면 이렇게 강한 접착력은 대체 어디서 나오는 것일까?
홍합은 자신의 발에서 족사라는 실과 같은 구조를 뻗어 이를 통해 접착단백질을 분비하고 고체 표면에 딱딱한 플라크(plaque)를 만드는데 이것이 홍합이 바위 위에 단단히 붙어있을 수 있게 하는 비밀이다 (그림 2).
홍합접착단백질은 현재 알려진 화학합성 접착제보다도 강력한 천연접착제로 대부분의 에폭시 접착제보다 2배 정도의 인장력

(그림2 - 족사를 통한 접착단백질
분비)
을 가지면서도 유연성이 뛰어날 뿐만 아니라, 인체에서 면역거부반응이 없고 안전한 것으로 알려져 의료용으로도 사용이 가능한 바이오접착소재이다. 하지만 이 접착단백질을 1그램 얻기 위해서 1만 마리의 홍합이 필요하며 여기서 추출한 접착단백질은 그램당 7천만원이라는 매우 높은 가격에 팔리고 있다.


*다다익선, 유전공학으로 접근하자
이렇듯 자연적으로 홍합접착단백질을 추출하는 경우 얻을 수 있는 양에 한계가 있기 때문에 용도개발에 문제점이 생길 수 밖에 없다. 때문에 많은 연구팀에서 유전공학적으로 접착단백질을 대량생산하려는 시도를 하여왔고 특히 족사 표면코팅에 관여하며 10개의 아미노산이 80번 반복된 형태의 fp(foot protein)-1이라는 거대 접착단백질이 목적단백질로 연구돼 왔으나 이 단백질은 여러 가지 특성 때문에 유전학적 대량생산이 불가능하다는 결론이 내려진 상태이다.
이에 본 화학공학과의 분자생명공학연구실(MAGIC, 지도교수 차형준)에서는 플라크와 접착표면 사이에 위치한 새로운 fp-5접착단백질이 접착에 중요한 역할을 할 것으로 판단하고 대장균으로부터 유전공학적으로 생산할 수 있는 기술을 세계에서 처음으로 개발하여 2004년도에 보고하였다. 그러나 우수한 접착력에도 불구하고 생산성과 수용성이 낮아 실제적인 접착제로 사용에는 한계가 있었다.
이에 MAGIC 연구실에서는 이와 같은 문제점을 해결하여 실용화할 수 있는 바이오접착제로 개발하기 위하여 홍합이 자연에서 행하는 실제적인 방법을 모사하는 전략을 사용하기로 하였다. 즉, 우수한 접착력을 입증한 fp-5 단백질을 중심으로 하여 fp-1의 반복서열을 6번으로 줄인 펩타이드를 양쪽에 위치시킨 새로운 형태의 하이브리드(hybrid) 바이오접착제 fp-151을 개발하였다. 이를 통하여 기존 fp-5의 접착력은 유지하면서도 뛰어난 생산성과 분리정제, 그리고 수용성을 가지게 된 실제적으로 다양한 용도에 활용이 가능한 바이오 접착소재가 개발된 것이다. 이렇게 만들어진 fp-151접착소재는 플라스틱, 유리, 금속, 가죽 등 다양한 표면에 접착할 수 있으며 (그림 3) 접착강도는 40mg으로 접착 면적 1cm2당 10kg의 물체를 들어 올릴 수 있는 정도로 강하다. 또한 다양한 동물 및 인간세포를 표면에 부착시켜 배양시킨 실험과 (그림 4) 동물실험을 통해 인체에 사용할 수 있는 의료용 접착제로 사용 가능성이 확인되어 수술용 봉합사를 대체하거나 피부, 뼈 등을 위한 생체접착제로 활용이 기대되고 있다.

(그림3 - 다양한 플라스틱 제품의 접착) (그림4 - 세포의 표면 접착)


*상아탑에서 만족하지 않고…
본 기술은 Kollodis Bioscience로 기술이전이 되어 세포 및 조직접착제로의 상용화 기술의 개발 및 사업화가 현재 진행되고 있다. 2008년에 예정된 세포 및 조직접착제로의 상용화가 성공적으로 이루어진 이후에는 의료용 접착제가 다음 사업화 대상이 될 것이다. 이 바이오접착소재들은 국제적인 생명공학회사들의 커다란 관심을 이끌어 냈으며 현재 MTA(material transfer agreement)를 체결하고 용도별 기술이전 및 협력연구가 협약 중에 있다.


(그림5 - 새로운 세포접착소재 fp-151-RGD를 이용한 세포의 퍼짐과 분화)
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