정자 꼬리 효소, 나노바이오 기술에 활력소

정자 꼬리 효소가 에너지를 생산하는 시스템을 모방한 나노 바이오 장치가 개발되고 있다. (사진=shutterstock.com)


정자 꼬리의 효소가 나노바이오 기술에 활력소 역할을 하고 있다. 효소들은 공장 근로자들과 비슷하다. 공장의 조립라인 방식으로 효소들이 일정 장소에 모여 한 효소에서 다른 효소로 원료를 전달하면 더 효율적으로 최종제품을 생산할 수 있다는 것이다. 미국 코넬대학교 베이커 동물건강연구소의 알렉스 트래비스 교수(수의대 생식생물학) 연구팀은 나노입자에 묶여있는 모든 효소들로 10단계의 생물학적 경로를 재생하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

 

연구팀은 나노입자들이 정자 꼬리에 동력을 공급하는 효소를 통해 생물학적 기능을 어떻게 획득하는지 연구했다. 효소들은 정자가 1초에 몸길이의 5배를 이동할 수 있도록 당을 젖산과 에너지로 신속히 분해하는 것으로 나타났다. 이번 연구의 수석저자로 신진대사와 정자 기능을 집중 연구해 온 치나츠 무카이 박사(포스트닥 연구원)는 “정자는 매우 효율적인 에너지 생산 시스템을 갖고 있다”고 말했다.

 

트래비스 교수는 정자 꼬리의 효소가 에너지의 효율적인 생산을 위해 견고한 지지대에 붙는 방식을 모방했다. 작은 인공장치 위에 효소를 부착하는 아이디어다. 이번 연구는 미 국립보건원(NIH)의 예산 지원을 받았으며, 독일화학회지 ‘앙게반테 케미’(Angewandte Chemie)에 발표됐다.

 

대부분의 세포는 당을 에너지로 바꾸는 과정인 ‘당 분해’를 수행하는 역할을 하는 효소가 이리저리 떠돌아다니며 활성분자를 붙잡는다. 그러나 정자에서는 이런 당 분해 효소들이 단단한 단백질 판(protein scaffold)에 효소를 붙게 하는 특별한 영역을 갖고 있다. 이 영역은 세포막의 바로 아래에 있고, 정자 꼬리 길이의 대부분에 해당한다.

 

트라비스 교수는 “당은 세포막을 통해 들어와 하부의 효소와 즉시 충돌한 뒤 분해되고 라인을 따라 전달되는 과정을 거쳐 에너지를 높은 효율로 생산한다"고 말했다. 연구팀은 이와 매우 비슷한 방식으로 연구를 수행했으며, 당 분자는 처음부터 끝까지 나노입자에 붙어있는 효소들에 의해 분해된다.

 

나노입자에 묶여 있는 효소 시스템은 자유롭게 떠도는 효소 시스템보다 더 높은 효율로 포도당을 젖산으로 분해하며, 중간 생산물의 농도를 더 낮게 유지해 준다. 나노입자에 묶여 있는 효소들로 작동되는 10단계의 생물학적 경로의 획득은 최대 2~3단계를 기록한 이전의 연구과정을 거치면서 기하급수적으로 증가했다. 트라비스 교수는 “연구가 진척돼 순수한 에너지 생산자가 될 수 있다면 현실성 있는 응용 사례가 많아질 것”이라고 밝혔다.

 

정자에서는 헤엄치고 난자를 수정시키기 위한 신호전달에 에너지가 쓰인다. 하지만 나노바이오 기술에서는 다양한 작업을 수행하는 장치의 동력원으로 에너지가 쓰인다. 트래비스 교수는 “화학요법 약물이 각각 담긴 혈액세포 크기의 장치를 상상해보라. 이런 종류의 엔진이 장착된 장치는 혈류 속의 당에서 에너지를 얻을 수 있다”고 말했다. 또 “그 에너지로 움직이는 분자 펌프를 갖춘 장치는 특히 고형 종양이 있는 부위 등 필요한 곳에서 화학요법 약물의 운반체(cargo)를 규정 속도로 밀어낼 수 있다”고 덧붙였다.

 

연구팀은 나노입자에 묶여 있는 효소의 개념을 혈액 샘플에 적용해 뇌졸중이나 외상성 뇌손상의 징후를 감지했다. 연구팀은 이 기술을 상용화할 계획이다. 무카이 박사는 “생물학적 경로(신진대사 경로)가 없으면 인공세포를 만들 수 없다”며 “따라서 이번 연구가 인공세포 가능성의 현실화를 한층 더 앞당긴 셈”이라고 평가했다.


김영섭 기자 edwdkim@naver.com

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    남성 건강 위협하는 '조용한 적'... 음경암 신호는?

    음경암은 남성의 생식기이자 비뇨기계 일부인 음경에서 발생하는 암으로 드물지만 심각한 질환이다. 미국에서는 해마다 약 2050건의 신규 사례가 보고된다. 가장 대표적인 증상은 피부 변화와 붓기이며 통증이 없어 발견이 늦어질 수 있다. 20일(현지시각) 미국 건강전문매체 헬스(Health)에 따르면, 음경암의 초기 신호는 피부 변화에서 시작되는 경우가 많다. 귀두나 포피 부위에 혹이 생기거나 피부가 두꺼워지는 현상으로 나타난다. 또한 딱지나 물집 열린 상처 붉은 발진 푸르스름한 색의 종양 등 다양한 형태로 나타날 수 있으며 악취가 나는 분비물이 동반되기도 한다. 이러한 증상은 대부분 통증이 없기 때문에 단순 감염이나 비암성 질환으로 오인되기 쉽다. 피부 변화 외에도 귀두가 붓거나 포피가 염증으로 인해 뒤로 젖혀지지 않는 경우가 있다. 암세포가 림프절로 전이되면 사타구니 림프절이 붓는데 이는 피부 아래에서 단단한 혹처럼 만져진다. 감염 또한 림프절 부종을 일으킬 수 있어 정확한 진단이 필요하다. 음경암의 대부분은 편평세포암으로 전체 환자의 약 95%를 차지한다. 이 암은 귀두나 포피에서 주로 발생하며 비교적 서서히 진행된다. 아형으로는 생식기 사마귀처럼 보이는 종양과 피부 표면에 국한된 상피내암이 있다. 드물지만 흑색종, 기저세포암, 샘암종, 육종 등도 음경에서 발생할 수 있다. 비슷한 증상은 반드시 암을 의미하지는 않는다. HPV 감염에 의한 생식기 사마귀나 보이노이드 구진증 습진 진주양 음경 구진 편평태선 등이 피부 변화를 일으킬 수 있다. 따라서 증상이 발견되면 정확한 원인 규명을 위해 반드시 전문 진료를 받아야 한다. 특히 소아 음경암은 극히 드물지만 아이에게 새로운 혹이나 부종이 보이면 소아과 진료가 필요하다.  의학 전문가들은 통증이 없는 혹이나 상처가 생기더라도 방치하지 말고 병원을 찾아야 한다고 조언한다. 조기에 발견하면 치료를 통해 완치가 가능하지만 진행이 늦어질 경우 예후가 나빠질 수 있기 때문이다. 한편, 음경암은 드문 질환이지만 해마다 미국에서 약 2050명의 신규 환자가 발생한다. 주요 증상은 피부 변화와 붓기이며 특히 림프절까지 영향을 미칠 수 있다. 초기 증상은 대체로 통증이 없어 발견이 늦어질 수 있으므로 의심되는 변화가 나타날 경우 빠른 진료가 필수적이다.

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    남성 성기암 치료법 전기 마련될까

    ‘남성 성기 암’에 대한 정밀 치료법 개발 작업이 주목을 받고 있다. 미국 미시간 대학 암 종합센터의 이 연구는 남성 성기암의 치료에 하나의 전기가 될 것으로 기대된다. 남성 생식기 암은 성기의 내부 조직이나 피부에 종양이 커지는 것을 말한다. 이 암은 95%가 ‘편평세포암종'(squamous cell carcinomas)으로 분류되는데 이런 유형의 암은 남성들에게 발병하는 암의 17%를 차지한다.성기암에 걸린 환자들이 의존하는 단 하나의 치료법은 수술이다. 그러나 특히 악성의 성기암에는 그마저도 어려운 상황이다. 이번 연구를 이끄는 스코트 톰린스 교수는 “성기암은 다른 어떤 암보다도 목표를 정확히 겨냥해 치료를 해야 한다”고 말했다. 연구팀은 폐암, 두부(頭部)암이나 경부암 등 다른 편평세포암종과 유사한 점들을 찾아내고 43건의 성기암 사례를 대상으로 암의 진전단계, 증상 정도, 아류(亞流)형 등에서 다양한 양태를 분석하고 있다. 톰린스 교수는 “종양과 전이 간의 유전적 변형과 변이성에 바탕해 여러 처방을 복합적으로 적용해야 한다”면서 “이번 연구가 남성 성기암에 대한 치료법을 발전시키는 데 있어서 로드맵 역할을 하게 될 것”이라고 말했다. 이 같은 내용은 최근에 발간된 ‘암 연구(Cancer Research)’ 저널에 실렸다.

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