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[바이오토픽] 130년 만에 밝혀진 담쟁이덩굴의 비밀: 자연계에서 가장 강력한 접착제
생명과학 양병찬 (2016-05-27 09:16)

Ivy-covered entrance to Malbork Castle
Ivy-covered entrance to Malbork Castle/ © Wikipedia

심지어 식물이 죽은 뒤에도, 담쟁이덩굴을 건물에서 떼어내는 것은 - 불가능한 건 아니지만 - 매우 힘들다. 덩굴이 떨어져나가기도 전에, 벽돌과 회반죽이 먼저 떼어지는 것으로 알려져 있기 때문이다.

지금으로부터 130여 년 전, 찰스 다윈은 '서양담쟁이덩굴(Hedera helix)의 접착력은, 뿌리에서 분비되는 얇고 노란 접착제 때문임'을 밝힌 바 있다. 그러나 그 이후로, 접착제의 작용 메커니즘은 거의 밝혀지지 않았다.

이제 과학자들은 8년간의 연구 끝에 그 메커니즘을 밝혀, PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표했다. 연구진에 의하면, 접착제의 핵심성분은 '당(糖)으로 코팅된 나노볼(미세한 구형 나노입자)'라고 한다.

"나노볼은 입자가 매우 균일하므로, 잘 퍼져나가 표면의 작은 틈새와 구멍으로 침투한다. 그후 접착제의 수분이 증발하면, 다른 물질(예: 칼슘, 펙틴)의 도움을 받아 나노볼들이 농축되어 접착제가 단단해진다"고 연구진은 설명했다.

선행연구에서는 담쟁이덩굴의 끈적거리는 삼출액(viscous exudate)에서 나노볼을 발견한 바 있다. 이번 연구에서 연구진은, 나노볼의 핵심성분이 아라비노갈락탄 단백질(AGPs: arabinogalactan proteins)이라는 사실을 밝혀냈다. AGPs는 히드록시프롤린(hydroxyproline)이 풍부한 당단백질의 수퍼패밀리로, 식물세포의 세포외공간(extracellular space)에서 발견된다.

AGP가 풍부한 나노입자는 담쟁이덩굴 접착제의 점성(viscosity)을 낮춰, 기질(substrate)의 표면을 습윤(濕潤)시키는 데 유리하다. 한편 (칼슘 이온의 주도 하에 이루어지는) AGPs의 카르복시기와 펙트산(pectic acid)의 정전기적 상호작용은 삼출된 접착성 물질의 교차결합(cross-linking)을 유도하여, 접착필름의 형성을 통해 접착제를 양생(curing)시킨다. 이는 궁극적으로, 담쟁이덩굴의 부정근(adventitious root: 뿌리 이외의 부분, 즉 줄기에서 2차적으로 발생하는 뿌리의 통칭)과 기질의 표면 사이에서 기계적 맞물림(interlocking)을 촉진하게 된다.

AGPs와 펙틴 다당류(pectic polysaccharide)는 다른 덩굴식물들이 분비하는 바이오접착제(bioadhesive)에서도 발견되므로, 담쟁이덩굴에서 밝혀진 접착메커니즘은 다양한 식물성 접착제의 일반원리를 이해하는 데 도움이 될 것으로 보인다.

연구진은 담쟁이덩굴 나노볼의 접착 메커니즘을 모방하여 고강도 접착제를 만들 수 있을 거라 생각하고 있다. 그리하여 조직공학에 응용하면, 인공장기(artificial organ)를 만들 때 세포를 뼈대에 부착하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 나노볼은 안전한 표적지향 약물전달시스템(targeted drug delivery system)에도 응용될 수 있을 것으로 보인다. 현재 화학요법제를 세포에 전달하는 데 사용되는 나노입자들과 달리, 담쟁이덩굴의 나노볼은 금속을 포함하고 있지 않아 독성이 덜하기 때문이다.

※ 원문정보: Mingjun Zhang et al., "Nanospherical arabinogalactan proteins are a key component of the high-strength adhesive secreted by English ivy", Proceedings of the National Academy of Sciences (2016) http://www.pnas.org/content/early/2016/05/19/1600406113

※ 출처: Science http://www.sciencemag.org/news/2016/05/nanoballs-give-english-ivy-one-nature-s-strongest-glues

 

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로 활발하게 활동하...
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