Research

[POSTECH 연구팀, 홍합 접착단백질 상호작용 규명 통해 혁신적 접착 기술 개발 가능성 제시]

 POSTECH 연구팀이 수중에서 강력한 접착력을 자랑하는 홍합의 복잡한 메커니즘을 모방하는 데 한 걸음 더 다가섰다. 이번 연구는 의료용 생체 접착제를 비롯한 다양한 산업 소개 개발에 큰 변화를 불러올 것으로 기대된다.

 우리 몸속 환경은 바닷속 수중 환경과 유사해 홍합 같은 해양 생물을 모티브로 한 의료용 소재 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 홍합이 거센 파도 속에서도 바위나 선박 밑바닥에 단단히 붙어있을 수 있는 이유는 다양한 족사단백질(foot protein) 덕분이다. 홍합의 접착력은 여러 족사단백질이 복잡하게 상호작용하여 형성되지만 기존 연구들은 주로 특정한 아미노산이나 단일 단백질에 집중해 이 복잡한 매커니즘을 완벽하게 재현하기 어려웠다. 

 POSTECH 화학공학과·융합대학원 차형준 교수, 화학공학과 통합과정 윤태희 씨 연구팀은 ‘fp-4(4형 족사단백질)’라는 접착 단백질이 콜라겐성 다발과 단백질성 접착 플락(plaque)을 연결해 접착구조 형성에 중요한 역할을 한다는 점에 주목했다. 

 연구팀은 음전하를 띤 fp-4의 일부 영역이 전기적 상호작용과 수소결합을 통해 양이온성 단백질과 응집체(aggregate)를 형성하며, 금속 이온이 이 구조를 안정화시킨다는 사실을 밝혀냈다. 특히, 이 단백질은 유동성을 유지할 수 있도록 바닷물에 닿기 전까지는 응집체를 형성하지 않으며, 바닷물에 노출되면 응집체를 형성하며 강력한 접착구조를 형성하게 된다. 이는 접착 과정에서 상변화(phase transition)가 일어났기 때문이다. 

 또한, 연구팀은 ‘표면 힘 측정기(Surface forces apparatus)’를 사용해 주변 환경 변화에 따라 변하는 fp-4 음이온성 영역과 양이온성 족사 단백질 간 상호인력을 정량적으로 측정하는 데 성공했다. 

 그뿐 아니라 연구팀은 fp-4의 음이온성 영역이 바닷속 칼슘 이온과 결합하여 응집체를 형성하며, 칼슘 이온 농도에 따라 응집 정도가 달라지고, 바닷물에 존재하는 철과 바나듐 등 금속 이온이 접착 메커니즘에서 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 

 차형준 교수는 “이번 연구는 홍합 단백질 기반의 접착 메커니즘을 한층 발전시켜 기존보다 강력하고 효율적인 접착력을 제공할 수 있는 가능성을 열었다”라며, “이 연구 결과는 의료용 접착제나 다양한 산업 분야의 소재 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다”라고 전했다.

  한편, POSTECH 연구팀의 이번 성과는 최근 고분자 화학 분야 세계 권위지인 ‘바이오매크로몰레큘즈(Biomacromolecules)’에 최근 게재됐으며, 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 기초연구사업(중견)인 ‘부착성 생물의 수중 접착 기작에의 이해: 음성 요소를 통한 상변화 연구’의 일환으로 수행됐다. 

DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.4c01506