마모되고 부서지는 나노셔틀

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-30

나노기계 디자인이 빠르게 진보함에 따라, 연구원들은 이 나노기계가 얼마나 오랫동안 작동할 수 있는지에 대하여 연구하기 시작했다. 이는 예를 들어, 약물 이동, 초기 진단, 질병 관리, 장비와 수술 등 의료 이용에서 많은 잠재적인 응용들을 가지고 있기 때문에 특히 중요한 문제이다. 콜롬비아 공학 대학 바이오의료 공학 부교수인 헨리 헤스 박사가 지도한 새로운 연구에서, 연구원들은 키네신 모터 단백질에 의해 전력을 공급받는 분자 셔틀을 관찰하고 최초로 작동시켰을 때 성능이 감소하는 것을 발견했으며 이 성능 감소에 대하여 활성, 자동화 나노기계에서 자세히 연구되었다고 말했다. 헤스 박사는 수 십만 마일 주행 후 더이상 사용하기 힘든 폐자동차처럼 나노셔틀의 경우 밀리미터 정도가 자동차의 수 십만 마일과 거의 비슷하다고 전했다. 이 논문은 "Molecular wear of microtubules propelled by surface-adhered kinesins"라는 제목으로 네이처 나노테크놀로지에 최근 게재되었다. 연구원들은 이미 인공 근육들과 다른 활성 물질들을 개발하기 위해 연구 중이며 유용하고 실용적인 시스템으로 만들기 위해 어떻게 이 시스템이 지속되는지 이해하는 것이 중요하다고 말했다. 이 것은 세포 내부에서 작동하는 생물학적 나노기계들의 디자인을 이해하고자 노력하고 새로운 합성 나노기계들을 고안하려고 시도할 때, 이 기계들의 수명을 염두해 두고 그들이 지속되거나 그들 자신을 갱신할 수 있게 만들어야 한다는 것을 의미한다. 바이오분자 시스템들은 폴리머화 과정들과 모터 단백질들에 의해 화학 에너지를 기계적인 일로 변환하여 사용될 수 있는 나노크기에서 활성 움직임의 영역에 견딜 수 있다. 헤스 박사와 그의 연구팀은 나노크기 움직임과 이에 대한 결과들을 연구하기 위해 인 비트로 (in vitro) 시스템을 이용하였으며 바이오 분자 모터들의 기계적인 활성도가 주행하는 자동차 엔진의 마모와 비슷하고 분자 수준의 마모 원인이 된다는 것을 발견했다. 또한 인체 내에서 바이오 분자 모터들는 근육의 수축과 세포 내부 패키지들의 배달을 초래하며 노화와 질병을 막기 위해 이 과정이 수명을 위해 부드럽게 운영되어야 한다. 분자 부품들의 계속적인 교체와 같은 생물학적 메커니즘들은 인체 나노기계들의 빠른 저하를 막기 위해 진화되어 왔다. 헤스 박사는 자신들의 연구는 마모가 나노기계들의 디자인에서 고려되어야 할 중요한 문제이며 나노공학의 이해가 생물학적 시스템들에서 노화와 퇴화를 더 잘 이해하는데 도움을 줄 것이라고 덧붙여 말했다. 그림 설명: 분자 셔틀은 화물 운송기처럼 역할을 하는 마이크로관이 표면 부착 키네신 모터 단백질에 의해 추진되는 나노크기 교통 시스템이다. 연구원들은 마이크로관이 키네신 모터에 의해 추진되면 관 서브유닛들은 선두 끝에서 제거된다고 전했다. id38837.jpg http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=38837.php