KOSEN 한인과학기술자네트워크

본 연구는 압타머를 이용하여 생체분자를 고감도로 검출하고 새로운 약물 전달 시스템을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다. 압타머란 단일 염기 서열인 RNA나 DNA 또는 펩타이드를 말하며 3차원 구조를 이루기 때문에 표적 물질에 특이적으로 결합하는 생체 분자를 뜻합니다. 본 연구실에서는 SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential enrichment) 방법을 이용하여 말라리아, 심근경색 등 다양한 질병에 대한 진단 표지인자의 압타머를 개발하였고 특허 출원을 마친 상태입니다. 전기화학적 방법에 다양한 압타머를 적용하여 말라리아 질병을 1 parasite/uL 수준에서 검출이 가능한 기술을 개발하였습니다. 또한, 2종류의 전립선 암세포를 1Χ102개까지 선택적으로 검출하고 효과적으로 doxorubicin 약물을 전달하는 기술을 개발하는 등 다양한 연구 성과들을 학계에 보고하고 있습니다.

본 연구실에서는 창의적 아이디어를 이용하여 우수한 검출한계를 가지는 바이오센서를 개발하고 있습니다. 몇 가지 연구 결과를 예로 들어 설명하자면, 그림 3에 나타난 형광 측정법을 응용한 바이오센서는 DNA에 결합하는 경우 구조 변화가 일어나는 MutS 단백질의 고유한 특성에 착안하여 구조변화가 일어나는 부분에 형광체를 결합시켜 손쉽게 mismatched DNA를 검출하는 단백질센서입니다. 또한, 금나노입자의 표면에 비특이적으로 붙어있는 압타머가 표적 항생제에 결합하여 떨어지는 경우 금나노입자의 침전반응에 의해 나타나는 색변화가 나타나는데 이와 같은 비색검출법을 통해 항생제를 효과적으로 검출하는 압타센서 (aptasensor)를 개발하였습니다. 이러한 방법 이외에도 배위고분자 나노벨트 (coordination polymer nanobelt)와 형광-비색검출법 등 다양한 아이디어로 여러 종류의 바이오센서를 개발하고 연구 결과들을 다양한 저널에 발표하고 있습니다.

본 연구실은 분자생물학적 기술을 이용하여 원하는 유전자를 클로닝 (cloning)하고 대장균, 곤충세포, 진핵세포 3가지의 발현시스템을 이용하여 표적 단백질을 얻은 후에 표적 단백질에 대한 3차원 구조와 기능에 관련된 연구를 진행하고 있습니다. 발현된 단백질은 FPLC (fast protein liquid chromatography) 시스템을 이용하여 고순도로 정제하며 주로 2가지 방법을 이용하여 단백질의 3차원 구조를 연구합니다. 첫 번째 방법은 X-ray crystallography로 단백질의 결정 (crystal)을 만들어 이 결정에 X선이 입사되어 나타나는 회절 패턴을 이용하여 3차원 구조를 고해상도로 규명하는 것입니다. 두 번째 방법은 SAXS (small angle X-ray scattering)이며 solution 상태의 단백질 시료에 X선을 입사하여 나타나는 산란 패턴을 이용하여 단백질의 3차원 구조를 분석하는 것입니다. X선 결정학의 경우는 단백질의 결정이 있어야만 연구를 할 수 있다는 단점을 가지지만 구조를 고해상도로 결정할 수 있다는 장점을 가지고 SAXS의 경우는 3차원 구조의 해상도는 떨어지지만 결정을 만들지 않아도 된다는 장점이 있습니다. 그렇기 때문에 본 연구실에서는 2가지 방법을 모두 이용하여 상호 보완적인 구조 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 구조에 관련된 연구 이외에도 단백질의 고유한 특성에 기초한 여러 가지 assay와 CD (circular dichroism), DLS (dynamic light scattering), SPR (surface plasmon resonance) 등의 분석장비를 이용하여 표적 단백질의 특성과 기능에 관련된 연구를 진행하고 있습니다.

DNA 오류 복구 (mismatch repair, MMR)란 DNA 복제 및 재조합 과정에서의 오류, 화학 및 물리적 손상 등에 의해 잘못 짝지어진 DNA 염기서열을 복구하는 과정을 뜻합니다. 이러한 일련의 과정에 대한 작용기전은 현재까지 다양한 ensemble study를 통해서 연구되어 왔습니다. MMR과 관련하여 많은 논란이 있지만, 가장 큰 쟁점이 되는 것은 ‘어떻게 MutS가 오류를 인지하고 그 신호를 전달하는지’에 관련된 질문입니다. 본 연구에서는 single-molecule fluorescence resonance energy transfer (smFRET) 방법을 이용하여 Thermus auqticus (Taq) MutS의 DNA 오류 검색 및 신호 전달 작용을 알아보았고 MutS는 일시적인 클램프 (clamp)를 형성하여 이중 가닥 DNA를 검색한다는 것을 단일 분자 수준에서 확인할 수 있었습니다. 본 연구실에서는 다양한 단백질이 참여하는 작용기전에 대해 여러 가지 single-molecule detection 기술을 이용하여 기존 보고된 작용기전에 대해 비교하고 새로운 연구 결과들을 가미하여 더 정교하고 상세한 작용 메커니즘을 완성하고 있습니다.

저희 연구실은 포항공대 화학관 403호에 위치하고 있습니다. 포항공대 화학과는 매년 오픈랩 및 동/하계 연구 참여 프로그램을 실시하고 있습니다. 이를 통해 연구실 생활에 직접 참여할 수 있으니 학과 홈페이지도 참고하시길 바랍니다. 연구에 관한 꿈과 열정이 있다면 언제나 환영합니다.
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