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

분자진단을 통해 RNA 바이오마커를 정확하고 빠르게 검출하는 것은 감염병 관리와 질병의 조기 진단에 필수적입니다. 기술적인 영역에서 형광 기반 역전사 중합효소 연쇄 반응 (RT-qPCR)을 통한 RNA 검출이 분자진단의 gold standard로 쓰이지만, 정밀한 기기와 고숙련 인력이 요구되어 현장진단 (point-of-care)에는 한계가 있습니다. 반면, 색 변화를 이용하는 비색 검사 (colorimetric assay)는 검출 방식이 간단하지만 민감도와 특이도가 상대적으로 떨어지는 문제가 있었습니다.

이러한 간극을 좁히기 위해 저희는 CRISPR/Cas12a의 서열 특이적인 trans-cleavage 활성 ('Cut')과 Zinc finger 단백질이 유도하는 금 나노입자 응집 반응 ('Bind')을 하나의 프로브에서 순차적으로 작동하도록 설계한 CasFinger-Gold 플랫폼을 고안하였습니다. 기존 CRISPR 기반 비색 검사들은 나노입자에 직접 결합된 oligonucleotie의 비특이적 절단을 통해 금 나노입자의 안정성을 제어하는 과정에서 배경 신호가 반응 환경에 영향을 받는 문제가 있었으나, 저희는 효소 반응과 색 변화 반응을 공간적으로 분리해 이 문제를 해결하고자 하였습니다.

본 연구의 출발점은 Zinc Finger 단백질과 금 나노입자의 상호작용을 평가하는 과정에 있었습니다. 우연히도 Zinc Finger 단백질은 Surfactant를 통해 강하게 안정화된 금 나노입자의 안정성을 쉽게 무너뜨리는 성질이 있음을 알게 되었고, 이는 반응 전 후의 색 변화를 드라마틱하게 유도할 수 있다는 장점이 되었습니다. 또한 Zinc Finger 단백질이 특정 DNA 서열에 강하게 결합한다는 특징을 금 나노입자 안정성 조절 성질과 결합하여 새로운 플랫폼을 개발할 수 있었습니다.

2. 본 연구의 한계점 및 추가적으로 검증 또는 해결해야 할 과제는?

이번 연구에 표적으로써 사용된 RNA 바이오마커는 정제된 HCOV-OC43 RNA 바이러스의 핵산과, 전립선암 모델 세포와 세포외 소포체 (EV)에서 유래한 non-coding RNA인 PCA3 입니다. 본 연구에서는 실제 임상 환경을 모방하기 위해 여러 검체를 응용하였으나 실제 환자 유래 검체에서의 성능 검증이 필요합니다. 또한 현재는 단일 표적 검출에 초점을 맞추었기 때문에, 여러 표적을 검출 가능한 multiplex 검출로의 확장이 필요합니다. 마지막으로 Magnetic bead를 활용한 정제 과정을 자동화하는 것이 Assay throughput을 높이는데 필요한 과정이라고 생각합니다.

3. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

저는 현재 한양대학교 생명과학과에 위치한 나노바이오연구실에서 김영필 교수님 지도 하에 연구를 진행하고 있습니다. 저희 연구실은 세포 및 저분자 표적 압타머 발굴 및 면역진단 기술 개발, CRISPR Cas 기반 분자진단 기술 개발을 수행하고 있으며 여러 세포 모델을 바탕으로 단백질체 분석 연구도 진행 중에 있습니다. 이를 위해 필요한 세포 배양, 핵산/단백질 분석, 유세포 분석, 공초점 현미경 이미징, 질량분석기 운용 및 슈퍼컴퓨터 기반 분자동역학 분석을 수행하고 있습니다.

연구실이 소속된 한양대학교 생명과학과는 BK21-BIO4 교육연구단을 운영 중에 있으며 첨단 바이오기술 연구에 필요한 역량을 보유하고 있습니다. 교내 분석기관인 한양생명과학기술원 (HY-IBB)을 통해 고가치 연구장비에 대한 쉬운 접근성을 바탕으로 다양한 분석과 지원을 받을 수 있었습니다.

4. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

본 연구를 수행하면서 느꼈던 점은 소통을 통해 도전과 실패에 대한 두려움을 극복하는 것이 중요하다는 점입니다. 연구 과정에서 다양한 방식의 접근법을 시도 했었고, 그 과정에서 많은 실패를 겪었습니다. 이 때 저는 원인을 찾고 어떻게 해결할 수 있을 지 고민하는 과정을 통해 스스로 성장할 수 있었다고 생각합니다. 고민하는 과정이 혼자만의 시간이 될 수도 있지만, 함께 연구하는 동료에게 내 가설을 의논하고 설득할 수 있을 때 문제를 더 잘 극복할 수 있었습니다.

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

무언가 몰입할 수 있는 취미가 하나쯤은 가지는 게 학위 과정에서 도움이 많이 되었던 것 같습니다. 연구에 집중하다 보면 연구에 대한 생각이 일상에 녹아드는 시점이 생기는 데, 가끔은 취미 활동을 통해 생각을 비워내다 보면 새로운 아이디어가 더 들어올 수 있는 여유가 생기고, 길게 연구할 수 있는 원동력이 되었습니다.

6. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재는 박사과정을 마무리하고 박사후연구원으로써 바이오마커 진단 및 발굴 분야에 대한 연구를 계속해서 진행하려고 합니다. 특히 CRISPR-Cas 기술을 압타머와 연계한 면역진단이 대두되고 있어, 연구실에서 개발한 압타머들을 응용한 새로운 진단 기법을 개발하고자 합니다.

7. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

먼저 부족했던 작은 아이디어를 좋은 논문으로 이끌어 주신 김영필 교수님께 이 자리를 빌려 다시 한번 감사드리고 싶습니다. 그리고 함께 연구하고 있는 연구실 동료들과 좋은 결실을 맺을 수 있어 감사합니다.