1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

   DNA는 염기서열에 따라 원하는 형태로 스스로 조립(self-assembly)될 수 있기 때문에 나노구조체 제작을 위한 매우 유용한 소재로 활용되고 있습니다. 이러한 특성을 이용한 DNA 나노기술은 약물전달, 바이오센서, 분자기계 등 다양한 분야에서 활발히 연구되고 있습니다. 그러나 대부분의 DNA 구조체는 염기쌍 사이의 비공유결합에 의해 형성되기 때문에 생리학적 환경에서는 쉽게 분해되거나 구조가 불안정해지는 한계가 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 조립이 완료된 후 DNA 가닥 사이를 공유결합으로 연결하는 다양한 교차결합(crosslinking) 기술이 개발되어 왔지만, 원하지 않는 부반응이 발생하거나 정교한 통제가 어려운 제한이 있었습니다.

   이번 연구에서는 Oxanine(Oxa)을 이용하여 DNA 구조가 형성되었을 때만 선택적으로 공유결합이 형성되는 새로운 가교결합 전략인 Assembly-triggered Oxanine-Amine(At-ON) linkage를 개발하였습니다. Oxa는 물속에서도 매우 안정하게 존재하면서, 가까운 위치에 존재하는 Amine과 반응하는 특성을 가지고 있습니다. 저희는 이러한 특성을 이용하여 Oxa와 Amine을 각각 도입한 DNA 가닥이 자가조립을 통해 가까워질 때, 공유결합이 형성되도록 설계하였습니다. 이를 통해 DNA가 원하는 구조를 형성한 이후에만 선택적으로 가교결합이 이루어지는 새로운 플랫폼을 구축할 수 있었습니다.

   개발된 At-ON linkage는 단순한 DNA 이중가닥뿐 아니라 Y-shaped DNA, T-motif tile과 같은 다양한 DNA 나노구조에도 성공적으로 적용되었으며, 공유결합 형성을 통해 높은 구조적 안정성을 확보할 수 있음을 확인하였습니다. 특히 별도의 촉매나 복잡한 반응 조건 없이 DNA의 자가조립 과정 자체를 이용하여 원하는 위치에서만 공유결합을 형성할 수 있다는 점은 기존 기술과 차별화되는 중요한 장점입니다.

   이번 연구는 DNA 나노구조체의 안정성을 향상시키기 위한 새로운 화학적 연결 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있습니다. At-ON linkage는 다양한 DNA 기반 나노소재 및 나노디바이스에 폭넓게 적용될 수 있으며, 생체 환경에서도 안정적으로 작동하는 DNA 나노기술 개발에 기여할 것으로 기대됩니다. 나아가 약물전달 시스템, 바이오센서, 진단 플랫폼, DNA 기반 치료제와 같은 다양한 바이오의료 분야에서도 활용될 수 있는 기반 기술이 될 것으로 생각합니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

   본 연구는 세종특별시 조치원읍에 위치한 고려대학교 생명정보공학과 백승필 교수님 연구실에서 진행되었습니다. 백승필 교수님은 생체시계 기반 항노화 융합 RLRC 센터 (RLRC, Regional Leading Research Center of NRF) 센터장을 맡고 계시며, 센터 및 연구실에는 STED 현미경을 비롯하여, FACS 장비, FPLC, HPLC, SEM 등 다양한 최신 연구장비와 시설을 갖추어 여러 실험을 진행할 수 있습니다.

  연구실에서는 다양한 장비에 걸맞게 다양한 연구주제가 진행되고 있으며, 다음과 같이 크게 4가지로 분류될 수 있습니다.
1) 유전자 편집용 CRISPR 및 DNA 나노구조체 설계/활용한 생명현상 제어
2) Aptamer 및 단백질 발굴/설계기반한 차세대 바이오의료 기술 개발
3) 생체시계 원리에 기반한 노화성 근육 및 면역 질환 개선과 역노화 전략 개발
4) 미세조류 등의 해양/수생 자원 및 형성 원리를 활용한 기후변화 대응기술 개발

   이러한 연구들은 각 분야의 전문성을 갖춘 연구진에 의해 꾸준히 발전해 왔으며, 축적된 지식과 경험이 서로 융합되면서 새로운 연구 아이디어와 시너지 효과를 만들어내고 있습니다. 저 역시 DNA 나노기술을 연구하면서도 단백질 공학, 바이오센서, 노화생물학 등 다양한 분야의 연구자들과 자연스럽게 교류하며 새로운 관점을 얻을 수 있었습니다.

   이처럼 하나의 연구실 안에서 서로 다른 분야의 전문성을 공유하고 협업할 수 있다는 점, 그리고 다양한 연구 경험과 폭넓은 노하우를 함께 쌓을 수 있다는 점이 저희 연구실의 가장 큰 장점이라고 생각합니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

   연구를 하는 동안 성공 지점을 찾는 과정이 중요하다고 여겼으나, 실패 지점을 확보하는 것도 이에 못지 않게 중요하다는 점을 느꼈습니다. 특히, 예상했던 성공 조건에서 우연히 나오는 어그러진 결과는 예상치 못한 영감을 제공하기도 하며, 또 다른 연구를 시작할 수 있는 원동력으로 전환되기도 하였습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

   DNA nanostructure 분야는 1980년대부터 진행되어, 현재까지도 활발히 연구가 되고 있는 분야입니다. 구조적으로 원하는 모양을 사용자가 초기부터 설계하여 만들 수 있는 점과 높은 생체적합성을 지닌다는 점, 기능성을 부여할 여력이 많은 장점들로 인하여 앞으로도 활발히 연구가 진행될 것으로 판단됩니다. 특히, 여러 종류의 기능성을 부여함에 따라서 의약품으로도 활용되거나, 센서, 분자기계 등 여러 분야에 적용될 수 있기 때문에, 추후에도 여러 영역에 영향을 미칠 수 있을 것이라 생각됩니다.

   대학원 혹은 유학을 고려하고 계신다면, 여러 구조체에 대한 노하우를 지닌 연구실이나, 기능성 분자에 대한 노하우가 있는 곳이 해당 분야에서 이점이 될 수 있을 거라 생각합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

   앞으로도 DNA 나노구조체를 기반으로 한 연구를 지속하는 동시에, 기능성 분자와 다양한 프로브를 접목한 융합 연구를 수행하고자 합니다. 특히, 연구실에서 오랫동안 축적해 온 프로브 개발 기술과 다양한 연구 노하우를 적극 활용하여, 이를 치료제 전달 시스템과 바이오센서 등 실질적인 바이오의료 응용 분야로 확장하는 것이 목표입니다.

   또한, 하나의 연구 분야에 국한되지 않고, 연구실에서 수행되는 다양한 연구 주제와의 접점을 지속적으로 탐색하여 새로운 아이디어를 발굴하고자 합니다. 서로 다른 분야의 기술과 개념을 융합함으로써 기존에는 예상하지 못했던 결과를 도출하고, 이를 통해 새로운 연구 방향과 응용 가능성을 제시하는 연구를 이어가고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

   이번 연구를 진행하면서 하나의 기술이 단순히 한 편의 논문으로 끝나는 것이 아니라, 이후 다양한 연구로 확장될 수 있는 기반 기술이 되는 것이 얼마나 중요한지 다시 한번 느낄 수 있었습니다. 앞으로도 새로운 현상을 발견하는 데 그치지 않고, 다른 연구자들도 쉽게 활용할 수 있는 범용적인 플랫폼과 기술을 개발하는 연구를 하고 싶습니다.

   또한, 다양한 분야의 연구자들과 적극적으로 협업하며 서로의 전문성을 융합하는 과정에서 더욱 의미 있는 연구가 나온다고 생각합니다. 저 역시 DNA 나노기술을 기반으로 단백질 공학, 바이오센서, 치료제 개발 등 여러 분야와의 접점을 넓혀가며 새로운 연구를 만들어 나가고 싶습니다.

   마지막으로 연구를 진행하는 동안 많은 도움과 조언을 아끼지 않으신 지도교수님과 연구실 구성원들께 감사드립니다. 앞으로도 끊임없이 배우고 도전하는 자세로 연구를 이어가며, 여러 분야에 기여할 수 있는 연구자가 되기 위해 노력하겠습니다.