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분자 호퍼란 나노 규모의 작은 크기의 원하는 트랙을 따라서 특정 물질을 화학적 결합을 만들었다가 깨뜨렸다 하는 과정을 이용해 옮기는 기술을 말한다. 영국 옥스퍼드 대학교 연구진이 이런 움직임을 전기적으로 조절할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이는 나노 기술의 새로운 가능성을 연 연구로 평가된다. (2018. 9.)
영국 옥스퍼드 대학교 연구진이 단백질 나노튜브를 통해 DNA 한 가닥을 옮길 수 있는 ‘분자 호퍼(hopper)’를 개발하는 데 성공했다.
호퍼란 나노 규모의 작은 크기의 트랙을 따라서 화학적 결합을 만들었다가 깨뜨렸다 하는 과정을 통해 작은 물질을 옮기는 작용을 하는 기제를 말한다. 이는 전위 차이를 이용해 켜고 끌 수 있으며 나노포어(nanopore)라는 새로운 염기서열 분석 장치에 활용할 수 있다.
이 연구를 이끈 옥스퍼드대 화학과의 헤이건 베일리(Hagan Bayley) 교수는 “분자의 움직임을 조절할 수 있는 능력은 나노머신 개발의 ‘성배’와 같다. DNA의 한 분자를 화학적으로 통제하면서 정확히 처리할 수 있으면 효소를 이용하는 현재 DNA 염기서열 분석 기술의 대안으로서 속도와 양을 크게 향상할 수 있다”고 말했다.
2016년 노벨 화학상은 장 피에르 소바주 등 분자기계를 개발한 과학자에게 돌아갔다. 이 기술도 같은 분야의 기술로서 주목된다. 이번에 개발된 기술은 나노미터보다 작은 단위에서 정확히 움직이면서 외부에서 통제 가능한 분자를 개발했다는 의미가 있다. 현재 상태로 호퍼는 한 단계마다 몇 초의 시간이 필요하지만, 연구진은 화학작용의 시간과 트랙의 길이를 늘리는 연구를 진행 중이다.
연구진의 연구결과에 따르면 이번에 개발한 호퍼는 3개의 황 원자에 기반을 둔 매우 단순한 화학 작용을 이용한다. 이는 상온의 수중에서도 작동할 수 있다. 한 단계가 약 0.7나노미터 가량이며, 전기장으로 조절할 수 있다. 이동하는 방향은 전기장을 전환함으로서 변환할 수 있다. 이 모든 과정은 실시간으로 분자 한 개 단위로 모니터가 가능하다.
이런 톱니바퀴를 돌리는 듯한 움직임은 나노포어 시퀀싱 기술에 필요한데, DNA 시퀀싱 기술은 현재로서는 효소를 이용하는 수밖에 없다. 새로 개발된 기술에선 화학적 톱니바퀴를 이용해 이를 구현하며, 이는 DNA나 RNA 시퀀싱에 모두 적용가능하다. 왜냐하면 한 단계의 크기가 DNA 한 가닥의 뉴클레오타이드 사이 거리와 비슷하기 때문이다.
이번 연구는 과학저널 ‘사이언스’ 최근 판에 ‘처리 가능한 분자 호퍼의 방향 조절’이라는 제목의 논문으로 실렸다.
원문 링크
http://www.ox.ac.uk/news/2018-08-31-molecular-hopper-created-small-enough-move-single-dna-strands