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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2014-08-27
- 조회8,238
ACS Nano, Publication Date (Web): August 15, 2014 | DOI: 10.1021/nn502926x
Bioelectronic Tongue Using Heterodimeric Human Taste Receptor for the Discrimination of Sweeteners with Human-like Performance
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
본 논문은 인간 단맛 수용체와 탄소 나노튜브 (carbonnanotube: CNT) 센서를 결합하여 인간의 미각 시스템을 재현하면서 선택도 및 민감도가 우수한 미각 센서인 "나노바이오전자혀 (nanobioelectronic tongue)"를 개발한 연구입니다.
본 연구에서 사용한 인간 단맛 수용체는 hTAS1R2와 hTAS1R3이라는 2종류의 G protein-coupled receptor (GPCR)들의 heterodimer로 이루어져 있습니다. 단 한종의 단맛수용체가 존재하는 것으로 알려져 있으며 인간이 단맛으로 느끼는 설탕, 과당 등과 인공감미료 등 모든 단맛이 이 수용체에 결합함으로써 단맛을 감지하게 됩니다. 따라서 이 인간 단맛 수용체를 생산하여 센서의 검지부로 이용한다면 모든 단맛 물질을 인간이 느끼는 것과 유사하게 검지할 수 있는 센서를 개발할 수 있다는 아이디어로 연구를 시작 하였습니다. 인간 단맛 수용체는 Class C에 속하는 GPCR로 분자량이 다른 class의 GPCR들에 비해 분자량이 매우 크고 heterodimer를 이루어야 기능을 하는 점 등 이종 세포에서 생산해서 기능화 하는데 많은 어려움이 있습니다. 따라서 본 연구에서는 hTAS1R2, hTAS1R3를 모두 발현하고 단맛과의 결합에 의해 세포 내 신호전달이 이루어 지는 HEK-293세포 cell-line을 만들고 이로부터 단맛 수용체를 포함하고 단맛 물질과의 결합에 의한 신호전달이 유사하게 일어나는 나노베지클을 생산하였습니다. 그리고 이러한 나노베지클을 CNT기반 전계효과트랜지스터 (Field effect transistor:FET) 센서에 고정화하여 단맛물질과의 선택적인 결합에 의해 생성된 나노배지클내 미각 신호를 민감하게 검지하였습니다. 본 연구에 의한 단맛 센서는 설탕, 과당, 그리고 인공감미료등 인간이 단맛으로 느끼는 단맛 물질을 인간과 동일하게 선택적으로 검지 하였으며 실제 커피등의 음료내에 설탕 단맛을 성공적으로 검지 하였습니다. 또한 이러한 인간 미각 시스템과의 유사성을 실제로 사람들이 참여한 단맛 관능검사를 통하여 증명하였습니다.
본 연구에 의한 단맛 검지를 위한 나노바이오전자혀는 식품, 음료산업 그리고 인공 감미료 개발에 유용하게 사용될 것으로 기대 되며 사람이 직접 맛을 보는 관능검사를 통해 인간 미각을 재현할 수 있음을 증명하였으므로 시간이 오래 거리는 관능검사를 대체하여 맛 물질의 선별에 사용될 수 있을 것으로 기대 됩니다. 또한 구조가 복잡한 class C GPCR에 관한 연구를 하는데 유용한 도구를 제시한 결과로 생각됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
서울대학교 화학생물공학부 세포 및 미생물공학연구실(http://biotech.snu.ac.kr/)에서 박태현 교수님의 지도하에 본 연구를 진행하였습니다. 저희 연구실에서는 Cellular Engineering, Bio-Refinerey, Nano Bioengineering, Olfactory Biosensor, 4가지 연구 주제를 바탕으로 팀을 이루어 연구하고 있습니다. 저는 후각 수용체(olfactory receptor)를 이용한 후각 센서 (olfactory biosensor)를 개발하는 연구를 수행하면서 미각 수용체를 이용한 미각 센서의 개발 연구 범위를 확장하였고 신경전달 물질 수용체 및 호르몬 수용체 등 다른 종류의 GPCR들을 이용한 바이오센서의 개발 관련 연구 또한 수행하였습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
연구 분야의 경계가 많이 사라지고 있다고 생각합니다. 이번 논문에서도 생물학에서 나노소재, 반도체물리학등에 이르는 여러 연구분야의 지식과 기술이 동원되어 결과를 만들어 내었습니다. 그래서 특히 여러 분야의 연구자들과 끊임 없이 대화하고 아이디어와 기술을 교류하며 새로운 것을 배우는 것이 매우 중요하다는 것을 느끼고 있습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
바이오센서를 포함하는 Nanobiotechnology 분야는 위에서도 언급했듯이 여러 연구분야의 지식과 기술이 필요한 융합학문입니다. 그래서 항상 새로운 것을 배우려는 자세가 우선 중요하다고 생각합니다. 원하는 결과를 얻을 때 보다 그렇지 못한 때가 훨씬 많지만 결국 그 실패를 통해서 배우고 다시 생각하고 미련하게 다시 시도 하다 보면 좋은 결과를 얻었던 경험이 많았습니다. 그래서 절대적이지는 않지만 투자한 시간과 좋은 결과는 어느 정도 비례한다고 생각합니다. 박사과정 중 그리고 현재 이곳에서 연구를 계속하면서 느끼는 것은 훌륭한 연구자들이 매우 많고 어쩔 수 없이 그들과 끊임 없이 경쟁 해야 하기 때문에 그만큼의 준비가 필요한 것 같습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
저는 졸업 후 현재 MIT, Institute for Medical Engineering and Science에 Edelman Lab. 에서 고분자 하이드로젤 나노소재 융합체를 이용한 질병 감응 스마트 약물전달체 개발 연구를 수행하고 있습니다. 생체적합적 고분자를 이용하여 조직 특이적 결합이 가능한 약물전달 신소재를 개발하고 또한 나노소재와의 결합을 통해 바이오이미징 및 질병에 반응하여 질병 선택적 약물 방출이 가능한 기능성 소재를 개발하는 연구를 할 계획입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
두번째로 한빛사에 제 논문이 소개되게 되어 영광이고 기쁘게 생각합니다. 항상 주위에 좋은 사람들과 함께 연구하고 그들의 많은 도움과 배려로 좋은 결과를 얻고 있는 것 같습니다. 우선 박사 학위 과정 동안 지도해주신 박태현 교수님과 연구실 선후배 여러분들, 이번 연구를 위해 공동연구를 진행한 홍승훈 교수님과 진혜준 박사님께 감사 드립니다. 한국에 있는 가족들, 낯선 곳에 함께 와서 아기 낳고 키우며 제 뒷바라지 하느라 고생 많은 제 아내 조민경 그리고 건강하게 태어나서 너무도 예쁘게 무럭무럭 잘 자라고 있는 우리 아들, 송이안에게 고맙고 사랑한다고 이야기 해주고 싶습니다.
본 논문은 인간 단맛 수용체와 탄소 나노튜브 (carbonnanotube: CNT) 센서를 결합하여 인간의 미각 시스템을 재현하면서 선택도 및 민감도가 우수한 미각 센서인 "나노바이오전자혀 (nanobioelectronic tongue)"를 개발한 연구입니다.
본 연구에서 사용한 인간 단맛 수용체는 hTAS1R2와 hTAS1R3이라는 2종류의 G protein-coupled receptor (GPCR)들의 heterodimer로 이루어져 있습니다. 단 한종의 단맛수용체가 존재하는 것으로 알려져 있으며 인간이 단맛으로 느끼는 설탕, 과당 등과 인공감미료 등 모든 단맛이 이 수용체에 결합함으로써 단맛을 감지하게 됩니다. 따라서 이 인간 단맛 수용체를 생산하여 센서의 검지부로 이용한다면 모든 단맛 물질을 인간이 느끼는 것과 유사하게 검지할 수 있는 센서를 개발할 수 있다는 아이디어로 연구를 시작 하였습니다. 인간 단맛 수용체는 Class C에 속하는 GPCR로 분자량이 다른 class의 GPCR들에 비해 분자량이 매우 크고 heterodimer를 이루어야 기능을 하는 점 등 이종 세포에서 생산해서 기능화 하는데 많은 어려움이 있습니다. 따라서 본 연구에서는 hTAS1R2, hTAS1R3를 모두 발현하고 단맛과의 결합에 의해 세포 내 신호전달이 이루어 지는 HEK-293세포 cell-line을 만들고 이로부터 단맛 수용체를 포함하고 단맛 물질과의 결합에 의한 신호전달이 유사하게 일어나는 나노베지클을 생산하였습니다. 그리고 이러한 나노베지클을 CNT기반 전계효과트랜지스터 (Field effect transistor:FET) 센서에 고정화하여 단맛물질과의 선택적인 결합에 의해 생성된 나노배지클내 미각 신호를 민감하게 검지하였습니다. 본 연구에 의한 단맛 센서는 설탕, 과당, 그리고 인공감미료등 인간이 단맛으로 느끼는 단맛 물질을 인간과 동일하게 선택적으로 검지 하였으며 실제 커피등의 음료내에 설탕 단맛을 성공적으로 검지 하였습니다. 또한 이러한 인간 미각 시스템과의 유사성을 실제로 사람들이 참여한 단맛 관능검사를 통하여 증명하였습니다.
본 연구에 의한 단맛 검지를 위한 나노바이오전자혀는 식품, 음료산업 그리고 인공 감미료 개발에 유용하게 사용될 것으로 기대 되며 사람이 직접 맛을 보는 관능검사를 통해 인간 미각을 재현할 수 있음을 증명하였으므로 시간이 오래 거리는 관능검사를 대체하여 맛 물질의 선별에 사용될 수 있을 것으로 기대 됩니다. 또한 구조가 복잡한 class C GPCR에 관한 연구를 하는데 유용한 도구를 제시한 결과로 생각됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
서울대학교 화학생물공학부 세포 및 미생물공학연구실(http://biotech.snu.ac.kr/)에서 박태현 교수님의 지도하에 본 연구를 진행하였습니다. 저희 연구실에서는 Cellular Engineering, Bio-Refinerey, Nano Bioengineering, Olfactory Biosensor, 4가지 연구 주제를 바탕으로 팀을 이루어 연구하고 있습니다. 저는 후각 수용체(olfactory receptor)를 이용한 후각 센서 (olfactory biosensor)를 개발하는 연구를 수행하면서 미각 수용체를 이용한 미각 센서의 개발 연구 범위를 확장하였고 신경전달 물질 수용체 및 호르몬 수용체 등 다른 종류의 GPCR들을 이용한 바이오센서의 개발 관련 연구 또한 수행하였습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
연구 분야의 경계가 많이 사라지고 있다고 생각합니다. 이번 논문에서도 생물학에서 나노소재, 반도체물리학등에 이르는 여러 연구분야의 지식과 기술이 동원되어 결과를 만들어 내었습니다. 그래서 특히 여러 분야의 연구자들과 끊임 없이 대화하고 아이디어와 기술을 교류하며 새로운 것을 배우는 것이 매우 중요하다는 것을 느끼고 있습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
바이오센서를 포함하는 Nanobiotechnology 분야는 위에서도 언급했듯이 여러 연구분야의 지식과 기술이 필요한 융합학문입니다. 그래서 항상 새로운 것을 배우려는 자세가 우선 중요하다고 생각합니다. 원하는 결과를 얻을 때 보다 그렇지 못한 때가 훨씬 많지만 결국 그 실패를 통해서 배우고 다시 생각하고 미련하게 다시 시도 하다 보면 좋은 결과를 얻었던 경험이 많았습니다. 그래서 절대적이지는 않지만 투자한 시간과 좋은 결과는 어느 정도 비례한다고 생각합니다. 박사과정 중 그리고 현재 이곳에서 연구를 계속하면서 느끼는 것은 훌륭한 연구자들이 매우 많고 어쩔 수 없이 그들과 끊임 없이 경쟁 해야 하기 때문에 그만큼의 준비가 필요한 것 같습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
저는 졸업 후 현재 MIT, Institute for Medical Engineering and Science에 Edelman Lab. 에서 고분자 하이드로젤 나노소재 융합체를 이용한 질병 감응 스마트 약물전달체 개발 연구를 수행하고 있습니다. 생체적합적 고분자를 이용하여 조직 특이적 결합이 가능한 약물전달 신소재를 개발하고 또한 나노소재와의 결합을 통해 바이오이미징 및 질병에 반응하여 질병 선택적 약물 방출이 가능한 기능성 소재를 개발하는 연구를 할 계획입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
두번째로 한빛사에 제 논문이 소개되게 되어 영광이고 기쁘게 생각합니다. 항상 주위에 좋은 사람들과 함께 연구하고 그들의 많은 도움과 배려로 좋은 결과를 얻고 있는 것 같습니다. 우선 박사 학위 과정 동안 지도해주신 박태현 교수님과 연구실 선후배 여러분들, 이번 연구를 위해 공동연구를 진행한 홍승훈 교수님과 진혜준 박사님께 감사 드립니다. 한국에 있는 가족들, 낯선 곳에 함께 와서 아기 낳고 키우며 제 뒷바라지 하느라 고생 많은 제 아내 조민경 그리고 건강하게 태어나서 너무도 예쁘게 무럭무럭 잘 자라고 있는 우리 아들, 송이안에게 고맙고 사랑한다고 이야기 해주고 싶습니다.
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