낙하산ㆍ수술용 실 등 세계 첫 고성능 섬유 생산기술 확보
이상엽ㆍ박영환 교수팀
거미는 거미줄의 기본 틀을 만들거나 아래로 급하강할 때 강철보다 강한 실크단백질을 만들어서 쓴다. 국내 연구진이 자연 상태의 거미단백질과 같은 강도의 거미 실크단백질을 세계 최초로 인공적으로 생산하는 데 성공했다. 이 단백질은 첨단 초강력 섬유소재로 활용돼 방탄복, 낙하산, 외과용 실 등에 쓰일 수 있다.
KAIST 이상엽 특훈교수 연구팀과 서울대 박영환 교수팀은 공동연구를 통해 대장균을 이용해 초고분자량의 거미 실크단백질을 생산했으며, 검증 결과 강철보다 강하고 자연의 거미단백질과 같은 정도의 강도를 갖고 있음을 확인했다고 27일 밝혔다.
이번 연구는 교육과학기술부의 신기술융합형 성장동력사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 세계적 학술지인 `미 국립과학원 회보(PNAS)` 26일자 온라인판에 게재됐다.
공동연구팀은 첨단 대사공학 기법을 이용해 고분자량 거미실크 단백질 생산에 최적화된 대장균을 만들어냈다. 거미 실크단백질은 글리신 등 특정 아미노산이 반복적으로 많이 존재해 지금까지는 대장균을 통한 생산이 힘들었다. 연구팀은 대장균 내의 유전자를 증폭하거나 제거하는 등 대사를 재구성함으로써 이런 문제를 해결했다. 이를 통해 세계 최고 수준의 반복단위수를 가진 285킬로달턴(kDaㆍ원자나 분자의 질량단위)의 거미 실크단백질을 합성해냈다.
이상엽 교수는 "거미 실크는 특성이 우수해 세계적으로 효모, 곤충, 동물세포, 형질전환식물, 대장균 등 여러 방식을 활용해 생산하려는 노력이 경쟁적으로 이뤄졌지만 지금까지는 생산한 단백질 크기가 150kDa 수준에 그치고 강도도 떨어졌다"며 "그 두배 수준 크기의 단백질을 합성해 강도를 확인한 결과 실제 거미 단백질과 같은 수준임이 확인됐다"고 말했다.
이 단백질을 실크섬유 형태로 제작해 특성을 측정한 결과 강도는 508메가파스칼(MPaㆍ압축강도의 단위), 인장탄성률은 21기가파스칼(GPa)로, 미 듀폰사가 개발한 강력 합성섬유인 케블라(Kevlar)와 비슷한 수준으로 나타났다.
이상엽 교수는 "이번 연구로 기존 석유화학 제품을 대체할 수 있는 고성능 섬유 생산 기반기술을 확보했다"며 "앞으로 생산효율과 경제성 향상 연구를 계속해 실용화하고 싶다"고 밝혔다.
안경애기자 naturean@
거미는 거미줄의 기본 틀을 만들거나 아래로 급하강할 때 강철보다 강한 실크단백질을 만들어서 쓴다. 국내 연구진이 자연 상태의 거미단백질과 같은 강도의 거미 실크단백질을 세계 최초로 인공적으로 생산하는 데 성공했다. 이 단백질은 첨단 초강력 섬유소재로 활용돼 방탄복, 낙하산, 외과용 실 등에 쓰일 수 있다.
KAIST 이상엽 특훈교수 연구팀과 서울대 박영환 교수팀은 공동연구를 통해 대장균을 이용해 초고분자량의 거미 실크단백질을 생산했으며, 검증 결과 강철보다 강하고 자연의 거미단백질과 같은 정도의 강도를 갖고 있음을 확인했다고 27일 밝혔다.
이번 연구는 교육과학기술부의 신기술융합형 성장동력사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 세계적 학술지인 `미 국립과학원 회보(PNAS)` 26일자 온라인판에 게재됐다.
공동연구팀은 첨단 대사공학 기법을 이용해 고분자량 거미실크 단백질 생산에 최적화된 대장균을 만들어냈다. 거미 실크단백질은 글리신 등 특정 아미노산이 반복적으로 많이 존재해 지금까지는 대장균을 통한 생산이 힘들었다. 연구팀은 대장균 내의 유전자를 증폭하거나 제거하는 등 대사를 재구성함으로써 이런 문제를 해결했다. 이를 통해 세계 최고 수준의 반복단위수를 가진 285킬로달턴(kDaㆍ원자나 분자의 질량단위)의 거미 실크단백질을 합성해냈다.
이상엽 교수는 "거미 실크는 특성이 우수해 세계적으로 효모, 곤충, 동물세포, 형질전환식물, 대장균 등 여러 방식을 활용해 생산하려는 노력이 경쟁적으로 이뤄졌지만 지금까지는 생산한 단백질 크기가 150kDa 수준에 그치고 강도도 떨어졌다"며 "그 두배 수준 크기의 단백질을 합성해 강도를 확인한 결과 실제 거미 단백질과 같은 수준임이 확인됐다"고 말했다.
이 단백질을 실크섬유 형태로 제작해 특성을 측정한 결과 강도는 508메가파스칼(MPaㆍ압축강도의 단위), 인장탄성률은 21기가파스칼(GPa)로, 미 듀폰사가 개발한 강력 합성섬유인 케블라(Kevlar)와 비슷한 수준으로 나타났다.
이상엽 교수는 "이번 연구로 기존 석유화학 제품을 대체할 수 있는 고성능 섬유 생산 기반기술을 확보했다"며 "앞으로 생산효율과 경제성 향상 연구를 계속해 실용화하고 싶다"고 밝혔다.
안경애기자 naturean@
