'바이러스 감염과정' 실시간 관찰한다

일반 전자현미경 기술을 이용해 관찰한 죽은 세포(상)와 그래핀 액상 셀을 이용해 관찰한 살아있는 세포(하)의 주사전자현미경 사진이다.

[아시아경제 황준호 기자] 살아있는 박테리아나 바이러스가 우리 몸의 세포를 감염시키는 과정을 실시간 관찰할 수 있는 기술이 국내에서 개발됐다. 이 기술을 활용하면 신종코로나바이러스감염증(코로나19)와 같은 감염병 바이러스의 감염 과정도 지켜볼 수 있다. 코로나19의 치료제가 실제로 약효가 있는지 눈으로 확인할 수 있는 길이 열릴 것으로 예상된다.

살아있는 세포의 움직임 실시간으로 관찰한다

이번 연구에 사용된 그래핀 액상 셀을 이용한 세포 관찰 방법에 대한 모식도와 이를 이용해서 관찰한 살아있는 세포의 주사전자현미경 촬영 사진이다.

육종민 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수와 한영기 경북대 ITA 융합대학원 교수의 공동 연구팀은 살아 있는 세포를 실시간 전자현미경으로 관찰하는데 성공해, 관련 논문이 국제학술지 나노 레터스에 최근 소개됐다고 26일 밝혔다.

이번 연구는 살아있는 세포를 실시간 관찰할 수 있는 방법을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 세포 관찰을 위해서는 통상 전자현미경을 사용하는데 가시광선보다 수천 배 이상 높은 에너지를 가진 전자를 이용해 관찰시 세포의 구조적인 손상이 불가피하다. 이에 따라 2017년 노벨화학상을 수상한 기술인 극저온 전자현미경을이용해 관찰하는 방법이 쓰이고 있지만 관찰 대상을 고정해야 하고 안정화 시켜야 한다. 살아있는 세포의 움직임을 잡아 내기가 힘들다는 얘기다.

연구팀은 이같은 문제를 2차원 층상 구조를 가진 흑연에서 분리한 0.2나노미터(1나노미터는 머리카락 굵기의 10만 분의 1 크기다.) 두께의 원자막인 그래핀을 사용하는 방법으로 풀었다.

연구팀은 그래핀을 이용해 세포 등을 액체와 감싸주면 고진공의 전자현미경 내부에서 탈수에 의한 세포의 구조 변화를 막을수 있다는 것을 확인했다. 그래핀이 전자빔에 의해 공격성이 높아진 활성 산소들을 분해하는 효과를 나타내, 그래핀으로 덮어주지 않은 세포보다 100배 강한 전자에 노출되더라도 세포가 활성을 잃지 않는다는 것을 밝혀냈다.

코로나19 치료에도 기여

그래핀 액상 셀을 이용한 샘플과(왼쪽) 일반 전자현미경 관찰한(오른쪽) 이후 형광분석법을 통한 세포의 생존성 검증.

다양한 세포의 실제 기작을 관찰한다는 것은 다양한 생명 반응들을 실제로 바라볼 수 있다는 것을 뜻한다.

육 교수는 "이번 연구 결과는 세포보다 더 작은 단백질이나 DNA의 실시간 전자현미경 관찰로까지 확대될 수 있어, 앞으로 다양한 생명 현상의 기작을 근본적으로 밝힐 수 있을 것이라 기대한다"고 밝혔다.

코로나19 치료제 개발에도 기여할 수 있다. 육 교수는 "이 기술을 활용하면 바이러스도 관찰할 수 있다"라며 "치료물질이 개발되면 바이러스의 감염을 어떻게 막는지 약효를 실제 확인할 수 있게 될 것"이라고 설명했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr