세포피포화(細胞被包化) 창의연구단(한국과학기술원 화학과 최인성 교수)은 달걀껍질과 같이 딱딱한 껍질을 화학적으로 만드는 연구를 한다. 좀 더 자세히 말하자면, 단순히 딱딱한 껍질만을 만드는 것이 아니라, 껍질 안에 살아있는 세포를 가두는 연구를 하고 있다.
연구단은 순수한 과학적 호기심으로 세포 캡슐화를 시도하고 있다. 왜 세포는 일반적으로 계란과 같은 딱딱한 껍질을 가지고 있지 않을까? 세포에 단단한 껍질을 씌우면 어떻게 될까? 껍질 속에 가둬진 세포는 행복해 할까, 불행해 할까?
화학적으로 만들어진 새로운 세계에서 세포가 행복하고 즐겁게 살게 하려면 어떻게 해야 할까? 껍질 속에 가두어진 세포는 옆에 있는 친구 세포들과 어떻게 이야기를 하고 정보를 공유할까? 외부에서 발생하는 스트레스를 이기면서 잘 살아갈 수 있는 강력한 세포를 화학적으로 만들 수는 없을까? 이런 모든 호기심과 질문들에 대한 대답을 세포에 껍질을 입히는 방법 개발을 통해 찾아보고자 한다.
자연계에 존재하는 어떤 박테리아는 먹이가 없거나 외부환경이 생존하는데 불리하게 되면 딱딱한 껍질을 만들어 죽은 상태도 아니고 산 상태도 아닌 형태로 생존한다. 즉, 껍질을 형성함으로써 먹이의 부재뿐만 아니라 자외선, 온도변화, 건조 상태 등의 모든 악조건을 이기고 좋은 환경이 형성될 때까지 스스로 살아있는 미라가 되어 기다리는 것이다. 하지만, 대부분의 세포들은 너무나 약하여 약간의 스트레스에도 죽고 만다. 이에 연구단에서는 세포에 화학적인 인공껍질을 만들어 생존력을 높이는 연구도 함께 수행하고 있다.
대부분의 세포는 혼자 살아가지 않는다. 세포 하나로 이루어진 단세포 생물인 박테리아의 경우에도 자신들만의 사회를 형성하여, 그 속에서 균형을 유지하며 각자 자신의 역할을 하면서 살아간다. 박테리아의 사회 유지를 위해서는 박테리아 세포들 간 서로 정보를 공유하고 이야기를 하는 것이 중요하다.
여러 세포가 모여서 자신의 역할을 충실히 수행하는 사람과 같은 다세포 생물의 경우에도 세포간의 정보전달은 매우 중요한 일이다. 연구단에서 수행하는 또 다른 연구 중 중요한 주제는 세포의 수와 세포 밀도를 조절하여 단단한 3차원 껍질에 세포를 가둔 다음, 이 세포들 간의 정보전달이 어떻게 이루어지는 지를 연구하는 것이다. 즉, 세포들의 세계를 인위적으로 새롭게 만들어 세포들이 그 세계에서 어떻게 살아가고 어떻게 서로 이야기를 하는 지에 관심을 가지고 있다. 세포밀도가 높으면 어떻게 될지, 세포세계의 세포수를 줄이면 어떤 현상이 일어날지, 세포가 사는 세계의 크기를 변화시키면 어떻게 될지가 연구단이 가지고 있는 또 하나의 호기심이다.
이전에 연구단은 빵과 맥주를 만들 때에 사용하는 효모 세포에 유리로 만들어진 얇은 껍질을 형성한 적이 있다. 이 경우에, 놀랍게도 유리 캡슐에 들어있던 효모는 자연계에서 존재하던 효모보다 극한 조건에서 더 잘 살았으며, 유리껍질 견고성으로 인해 먹이가 있고 성장할 수 있는 환경에서도 일정기간 동안 성장이 억제되는 것을 발견하였다.
다른 말로 하면, 생물학적 세포 기작을 화학적으로 제어할 수 있다는 가능성을 보여준 것이다. 연구단에서는 이러한 구조를 자연계의 포자와 대비하여 `인공포자'라고 명명하였다. 인공포자 구조체는, 구조적 안정성 측면뿐만 아니라, 하나의 세포 수준에서 세포기작을 연구하는 단일세포 생물학의 도구로서도 효과적으로 사용될 것이다.
세포피포화 연구단의 연구는 세포에 달걀껍질을 입히면 어떨까하는 호기심으로 시작하였지만, 형성된 구조체는 세포기반 바이오센서ㆍ세포 치료제ㆍ바이오촉매 등의 여러 분야에 직접적으로 응용될 수 있을 것으로도 기대하고 있다.
최인성 KAIST 화학과 교수
[저작권자 ⓒ디지털타임스 무단 전재-재배포 금지]
연구단은 순수한 과학적 호기심으로 세포 캡슐화를 시도하고 있다. 왜 세포는 일반적으로 계란과 같은 딱딱한 껍질을 가지고 있지 않을까? 세포에 단단한 껍질을 씌우면 어떻게 될까? 껍질 속에 가둬진 세포는 행복해 할까, 불행해 할까?
화학적으로 만들어진 새로운 세계에서 세포가 행복하고 즐겁게 살게 하려면 어떻게 해야 할까? 껍질 속에 가두어진 세포는 옆에 있는 친구 세포들과 어떻게 이야기를 하고 정보를 공유할까? 외부에서 발생하는 스트레스를 이기면서 잘 살아갈 수 있는 강력한 세포를 화학적으로 만들 수는 없을까? 이런 모든 호기심과 질문들에 대한 대답을 세포에 껍질을 입히는 방법 개발을 통해 찾아보고자 한다.
자연계에 존재하는 어떤 박테리아는 먹이가 없거나 외부환경이 생존하는데 불리하게 되면 딱딱한 껍질을 만들어 죽은 상태도 아니고 산 상태도 아닌 형태로 생존한다. 즉, 껍질을 형성함으로써 먹이의 부재뿐만 아니라 자외선, 온도변화, 건조 상태 등의 모든 악조건을 이기고 좋은 환경이 형성될 때까지 스스로 살아있는 미라가 되어 기다리는 것이다. 하지만, 대부분의 세포들은 너무나 약하여 약간의 스트레스에도 죽고 만다. 이에 연구단에서는 세포에 화학적인 인공껍질을 만들어 생존력을 높이는 연구도 함께 수행하고 있다.
대부분의 세포는 혼자 살아가지 않는다. 세포 하나로 이루어진 단세포 생물인 박테리아의 경우에도 자신들만의 사회를 형성하여, 그 속에서 균형을 유지하며 각자 자신의 역할을 하면서 살아간다. 박테리아의 사회 유지를 위해서는 박테리아 세포들 간 서로 정보를 공유하고 이야기를 하는 것이 중요하다.
여러 세포가 모여서 자신의 역할을 충실히 수행하는 사람과 같은 다세포 생물의 경우에도 세포간의 정보전달은 매우 중요한 일이다. 연구단에서 수행하는 또 다른 연구 중 중요한 주제는 세포의 수와 세포 밀도를 조절하여 단단한 3차원 껍질에 세포를 가둔 다음, 이 세포들 간의 정보전달이 어떻게 이루어지는 지를 연구하는 것이다. 즉, 세포들의 세계를 인위적으로 새롭게 만들어 세포들이 그 세계에서 어떻게 살아가고 어떻게 서로 이야기를 하는 지에 관심을 가지고 있다. 세포밀도가 높으면 어떻게 될지, 세포세계의 세포수를 줄이면 어떤 현상이 일어날지, 세포가 사는 세계의 크기를 변화시키면 어떻게 될지가 연구단이 가지고 있는 또 하나의 호기심이다.
이전에 연구단은 빵과 맥주를 만들 때에 사용하는 효모 세포에 유리로 만들어진 얇은 껍질을 형성한 적이 있다. 이 경우에, 놀랍게도 유리 캡슐에 들어있던 효모는 자연계에서 존재하던 효모보다 극한 조건에서 더 잘 살았으며, 유리껍질 견고성으로 인해 먹이가 있고 성장할 수 있는 환경에서도 일정기간 동안 성장이 억제되는 것을 발견하였다.
다른 말로 하면, 생물학적 세포 기작을 화학적으로 제어할 수 있다는 가능성을 보여준 것이다. 연구단에서는 이러한 구조를 자연계의 포자와 대비하여 `인공포자'라고 명명하였다. 인공포자 구조체는, 구조적 안정성 측면뿐만 아니라, 하나의 세포 수준에서 세포기작을 연구하는 단일세포 생물학의 도구로서도 효과적으로 사용될 것이다.
세포피포화 연구단의 연구는 세포에 달걀껍질을 입히면 어떨까하는 호기심으로 시작하였지만, 형성된 구조체는 세포기반 바이오센서ㆍ세포 치료제ㆍ바이오촉매 등의 여러 분야에 직접적으로 응용될 수 있을 것으로도 기대하고 있다.
최인성 KAIST 화학과 교수
[저작권자 ⓒ디지털타임스 무단 전재-재배포 금지]
