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김영엽
김영엽(Young-Youb Kim) 저자 이메일 보기
서울대학교
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Multivalent Traptavidin–DNA Conjugates for the Programmable Assembly of Nanostructures

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

DNA의 이중 나선 구조는 우리 시대의 아이콘이 되었을 만큼, 모두가 DNA는 모든 유기 생명체의 유전적 물질이라는 것을 알고 있습니다. DNA 나노기술은 DNA의 아데닌과 티민, 구아닌과 시토신이 짝을 이루는 염기 특이적인 결합 정보를 이용하여 정밀한 나노구조물을 디자인하고 합성할 수 있다는 아이디어에서 시작되었습니다. 현재 DNA 나노기술은 분자 수준에서 프로그래밍이 가능한 수준까지 도달하여 DNA 종이접기, DNA 큐빅 및 DNA 논리회로 구조체 등과 함께 체/내외 진단 및 암 치료제 등과 같은 보다 실질적인 응용연구가 진행되고 있습니다. 또한, 핵산 분자를 유용한 구조와 격자로 제작하려는 DNA 나노기술의 초기 목표를 넘어서 고분자 물질, 무기 물질 및 단백질과 같은 기능성 재료와의 접목이 시도되고 있습니다.

저희 연구실에서는 DNA와 아비딘-바이오틴 기술을 결합하여 새로운 DNA-단백질 빌딩블록을 개발하였습니다. 아비딘-바이오틴 기반 기술은 유세포분석, 형광 이미징, 웨스턴 블롯 및 마이크로플레이트 기반 검출 등에 폭넓게 사용될 만큼 성공한 요소 기술입니다. 본 연구에서는 아비딘-바이오틴 기술을 바탕으로 순차적인 자성 분리 기법을 통하여 트렙타비딘 (Traptavidin) 이라는 스트렙타비딘 (Streptavidin) 변이체 단백질에 서로 다른 4개의 DNA를 선택적으로 접합하는 플랫폼을 개발하였습니다. 트렙타비딘은 스트렙타비딘 보다 열적, 기계적 안정성이 뛰어나며 바이오티닐화 DNA와 강한 결합을 이루기 때문에 빌딩블록으로써 높은 잠재성을 보여 주었으며, 이를 통하여 다양한 금속 나노입자 자가 조립체 및 DNA-단백질 덴드리머 구조체를 합성하였습니다. 프로그래밍 가능한 DNA와 트렙타비딘 - 비오틴 시스템의 기존 인프라와 확장성을 활용하여 새로운 단백질-DNA 상호 작용을 연구함으로써 나노바이오 분야에 새로운 "Bio-conjugation" 기법으로써 이용될 수 있길 기대하고 있습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

저는 서울대학교 융합과학기술대학원 나노융합학과 송윤규 교수님 연구실에서 석사 및 박사과정 하에 연구하였습니다. 융학과학기술대학원은 실험실 간에 경계가 없어 연구에 대한 소통과 공동연구가 자연스럽게 진행되고 있습니다.  저희 나노-신경-광학실에서는 전자공학, 생명공학, 화학 및 물리학과 등의 다양한 전공자가 함께 모여 뇌-기계 상호작용, 나노재료를 이용한 신경공학 연구 및 생체재료를 이용한 자가조립체 개발 등을 진행하고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

"연구는 정말 힘들다." "실험이 되는 것이 없다." "원래 안되는 게 연구야." "나는 연구랑 맞지 않아" 대학원생들끼리 장난스럽게 건네는 농담입니다. 그만큼 대학원생에게 연구가 어렵다는 현실을 반영하는 것 같습니다. 대부분의 생명과학 연구자분들께서 겪고 있는 어려움들은 끊임없는 노력과 인내, 연구원들과의 활발한 소통 그리고 문뜩 떠오르는 아이디어로 타개하는 경우가 대부분인 것 같습니다. 아무리 연구가 고난의 행군이라 하여도 문제를 돌파하여 세상에 의미 있는 결과를 보여주는 연구자분들을 보며 존경심을 갖습니다. 훌륭하신 연구자분들과 함께 연구에 매진하여 의미 있는 결과를 얻는 것에 자부심을 갖게 됩니다.

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

연구 경력이 일천하여 과연 많은 도움을 드릴 수 있을까 걱정되어서 영화 '인터스텔라'에 나오는 장면처럼 (미래의 본인이 현재의 본인에게 충고하는) 연구를 시작하는 제게 하고 싶은 말을 써보겠습니다.

"능력보다 열의에 기대어 연구자의 길을 가보겠다는 너에게 도움이 될만한 이야기를 해주고 싶어. 나노 바이오 분야는 아주 빠르게 변화하는 연구분야 중 하나야. 그러므로 연구동향을 해외축구 기사 보듯이 하여 네 관심 분야를 완벽하게 파악했으면 좋겠다. 그리고 네가 떠올린 아이디어는 누군가가 분명히 떠올렸고 진행을 했을 테니 대단한 아이디어라고 착각하지 않길 바래. 혹시나 누군가가 생각하지 못한 아이디어 이면서 충분히 연구적 의의가 있다면 빠르고 긴밀하게 연구를 시작해야해. 그리고 연구과정은 노력한 만큼 반드시 결과로 돌아오지 않으니 너무 큰 좌절은 하지마. 그러나 포기하지 말고 끝까지 나아간다면 나름의 성과를 얻을 수 있을 거야. 동료 연구자와 지도 교수님과 긴밀히 소통하고 주변인들에 대한 감사함을 항상 잊지마. 그런데 마지막으로 한번만 더 자문해봐. 너 끝까지 갈 자신있어? 너의 앞날을 응원할게"
연구를 시작하시는 분들이 꽃길만 걷길 바라겠습니다

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저희 연구실에서 개발한 빌딩블록을 이용하여 1차원, 2차원 및 3차원의 자가조립체를 개발하고 있습니다. 이러한 나노구조체를 이용하여 DNA를 기반으로 하는 압타머기반 표적항암 나노전달체 및 CpG-DNA를 이용한 면역 자극 전달체를 개발하는 연구를 진행하고 있습니다. 또한 플라즈모닉 나노구조체를 이용하여 나노안테나를 제작하여 단일분자 형광 증폭 및 표면 증강 라만 연구를 진행하고 있으며 이를 통해 바이오 센싱 및 이미징 기법을 개발 중에 있습니다. 박사과정 때 진행했던 Traptavidin 단백질에 선택적으로 DNA를 접합하는 연구를 넘어서 일반적인 단백질에 DNA를 위치 특이적 및 결합과 조절이 가능하도록 표준화된 DNA-Protein bioconjugation 기법을 개발하고 싶습니다. 이를 통해 항체-약물 접합체, 인공적인 항원제시세포 등을 개발하여 신약연구를 진행하고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

훌륭하게 지도해주신 송윤규 교수님께 깊은 감사를 표하고 싶습니다. 가족만큼 애틋한 실험실 식구들, 학과 교수님들, 양가 부모님들, 그리고 언제나 나의 버팀목이 되어주는 아내에게 진심으로 감사드립니다.

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 등록일 2019-02-12
Category: Nanobio
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