세포에서 일어나는 대부분의 생명현상은 단백질, DNA, RNA 같은 생체분자에 의해 이루어진다. 생명현상이 일어나는 과정을 규명하려면 이런 단백질의 움직임을 정밀하게 관찰하는 기술이 필요하다.

물리학과/시스템생명공학부 이종봉 교수가 이끄는 단일분자 생물물리 연구실은 단일분자 이미징 기법을 이용해 세포에서 일어나는 여러 현상을 연구한다. 이종봉 교수 연구실에서 사용하는 단일분자 이미징 기법은 노이즈 비율이 적은 전반사 현미경과 형광 처리한 분자를 관찰할 수 있는 고해상도 형광 이미징 방법을 이용해 생체분자의 움직임을 나노미터 단위에서 추적하는 기법이다.

대표적인 연구 주제는 2007년부터 10년 넘게 연구 중인 ‘유전자 정보 오류 복구 메커니즘’이다. 세포핵 안에는 약 30억쌍의 염기 서열로 이뤄진 유전 정보가 있다. 이 유전 정보를 복제해 핵 밖으로 옮긴 후 이를 이용해 단백질이 만들어진다. 이때 DNA를 복제하는 과정에서 오류가 발생하면 암 같은 병을 유발할 수 있다. 세포는 손상된 유전 정보를 찾아내고 복원하는 단백질 효소들을 가지고 있는데 연구실은 이 효소들의 상호작용을 실시간으로 관찰해 오류를 복구하는 과정을 규명했다. 2016년에 국제학술지 네이처에 발표한 논문을 비롯하여 최상위 국제학술지에 지속적으로 연구 결과를 발표하고 있다.

연구실은 이밖에도 메신저 RNA (mRNA)를 이용해 단백질이 만들어지는 과정 중 세포 내에서 단백질이 mRNA-효소 복합체를 이루는 과정, mRNA에서 단백질을 합성하는 과정 등 세포 단위에서 일어나는 여러 현상을 연구 중이다. 최근에는 세포들이 물질과 정보를 주고받기 위해 서로를 연결하는 얇은 관인 ‘세포관’이 형성되는 과정을 밝히기 위한 연구도 하고 있다.

생명현상 연구는 목적에 따라 생명현상이 일어나는 이유를 밝히는 연구와 과정을 밝히는 연구로 나눌 수 있다. 이중 과정을 밝히는 연구는 생명현상의 주체인 생체분자들을 자세히 관찰하지 않고 서는 이뤄낼 수 없다. 단일분자 이미징 기법을 이용해 생체분자의 움직임을 실시간으로 관찰하면 지금껏 밝혀지지 않은 생명현상의 미스테리를 밝힐 수 있고 생명현상에 대한 경외감마저 느낄 수 있다.