이것이 ’분자’의 3차원 모습...초고성능 냉동 전자 현미경 사진

전자 현미경은 현대 과학에 큰 혁명을 불러일으킨 장비이다. 기존의 광학 현미경으로는 볼 수 없었던 작은 바이러스나 미세구조라도 전자 현미경을 이용하면 그 모습을 세밀하게 확인할 수 있다. 전자 현미경 기술은 지금도 계속해서 발전하며 미시세계를 연구하는 결정적인 도구 역할을 하고 있다.

최근 미 국립 암 연구소의 스리람 수브라마니암 박사(Sriram Subramaniam)와 그의 동료들은 냉동 전자 현미경(cryo-electron microscopy (cryo-EM))이라는 신기술을 이용해서 단백질 분자 한 개의 사진을 생생하게 찍는 데 성공했다. 그 분해능은 2.2옹스토롬(Å, 100억분의 1m를 의미)에 불과하다.

하지만 단순히 분해능만 높여서는 단백질의 구조를 100% 이해할 수 없다. 단백질은 3차원적인 구조로 되어 있기 때문이다. 작은 단백질 분자 하나의 사진을 찍는 것도 어려운 일이지만 연구팀은 이를 3차원적으로 생생하게 재구성하는 데 성공했다. 이것이 가능한 것은 여러 각도에서 사진을 찍었기 때문이다.

이를 위해서 연구팀은 단백질이 든 시료를 액체 질소를 이용해서 영하 196도에서 210도 사이의 극저온 상태로 만든 후, 움직이지 못하게 고정된 단백질 분자를 찍은 사진을 여러 각도에서 확보해서 이를 다시 컴퓨터로 재구성했다.

연구팀이 냉동 전자 현미경을 통해서 연구한 단백질은 박테리아에 있는 작은 단백질인 베타-갈락토시다아제(beta-galactosidase)이다. 이 단백질과 PETG란 약물이 결합하는 과정을 상세하게 연구하기 위해서다.

과학자들은 단백질 분자의 구조를 이해해서 이 단백질에 작용하는 약물이 어떻게 효과를 나타내는지 알 수 있다. 이를 이용하면 더 효과가 좋은 약물을 개발하는 데 큰 도움을 받을 수 있다. 물론 그 외에도 응용 영역은 매우 무궁무진하다. 앞으로도 미시 세계를 연구하기 위한 노력은 계속될 것이다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com