빙하의 붕괴를 저지할 수 있는 부동 단백질(antifreeze protein)

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-03-02

미국 오하이오 대학(Ohio University)과 캐나다 퀸즈 대학교(Queen`s University) 연구진이 수행한 새로운 연구는 추운 환경에서 결빙으로부터 유기체를 유지시켜주는 부동 단백질(antifreeze protein)이 보다 더 온난한 기온에서 얼음이 녹는 것을 방지할 수 있다고 밝혔다. 부동 단백질은 추운 기온에서 생존할 필요가 있는 곤충, 물고기, 박테리아 및 기타 유기체 등에서 발견된다. 이러한 단백질은 체내에서 빙정(ice crystal)의 성장을 저지하여 유기체를 보호한다. 새로운 연구는 자연 현상에서 발생하는 이 과정을 이해하기 위한 암시를 제공할 뿐 아니라, 초전도체 물질 및 나노 입자 등을 이용하는 기술에서 결정의 과열(superheating)에 대한 이해를 제공해 준다. 25년 전 연구진은 부동 단백질이 평형용융온도(equilibrium melting point) 보다 기온이 더 높을 때 용용을 억제함으로써 과열을 만들어 낼 수 있다고 제안했다. 재결정(recrystallization) 동안 더 큰 빙정은 성장하는 한편, 더 작은 빙정은 녹는다. 부동 단백질은 이러한 두 가지 과정 모두를 제어하는 데 도움을 줄 수 있다고 오하이오 대학 물리 및 천문학과 교수인 Ido Braslavsky는 설명했다. 미국 국립과학재단(NSF; National Science Foundation)과 캐나다 보건 의학 연구소(CIHR; Canadian Institutes for Health Research)가 후원하는 연구팀의 연구가 부동 단백질 용액에서 빙정의 과열을 최초로 직접 측정하여 제시했다고 이 연구의 주저자이며 오하이오 대학 물리학과 박사 과정 학생인 Yeliz Celik은 밝혔다. 그 밖에도 연구진은 과열된 빙정이 약 5℃ 가량의 최대 온도에서 수 시간 동안 녹는점(melting point) 이상에서 안정화될 수 있다는 최초의 실험적 증거를 제공했다. 과열된 빙정은 오랜 시간 동안 안정하게 머물 수 없으며, 과거 연구들은 안정화가 독특한 조건 하에서만 발생한다는 사실을 보여 주었다고 Braslavsky는 설명했다. 이 연구에서 연구진은 형광 현미경(fluorescence microscopy)과 얇은 세포 내 용액의 민감한 온도 제어 등의 두 가지 기술을 이용했다. 빙정에 대한 부동 단백질의 위치를 추적하기 위하여 연구진은 부동 단백질에 특정 조건 하에서 빛을 발하는 녹색 형광 단백질인 2차 단백질을 부착했다. 이후 연구진은 빙정 온도를 미세하게 제어하는 동안 단백질에서 보내는 형광 신호를 관찰할 수 있도록 얇은 세포 내에 부동 단백질 용액을 배치했다. 비록 이 연구는 이러한 단백질이 어떤 지점까지 얼음이 녹는 것을 방해할 수 있었지만, 얼음 성장을 억제하는 단백질의 능력이 훨씬 더 강력하다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구에서 사용된 극도로 활동적인 부동 단백질은 온화한 활성을 나타내는 부동 단백질 보다 용융을 억제하는 능력이 더 크다고 Braslavsky는 밝혔다. 연구진이 밝혀낸 발견들은 냉동식품의 질을 유지하는 것 등과 같은 응용을 위하여 보다 더 효율적인 얼음 재결정 억제 공정을 가능하게 할 수 있다고 Braslavsky는 밝혔다. 성장과 용융을 저해하는 부동 단백질은 결빙을 보호하고, 손상을 완화시키는 데 필수적이라고 Braslavsky는 지적했다. 재결정 공정에서 발생하는 큰 결정은 세포벽과 분리되어 조직의 성질에 손상을 입힌다. Celik, Braslavsky, 캐나다 퀸즈 대학 소속의 Peter Davies 교수 이외에도 바이츠만 연구소(Weizmann Institute of Science) 소속의 Maya Bar, 퀸즈 대학 소속의 Laurie Graham과 Yee-Foong Mok 등이 이 연구의 공동 저자로 참여했다. 출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100301151923.htm