연세대학교 김병수 교수(화학과) 연구팀은 새로운 형태의 수중 접착 고분자 시스템을 개발했다. 본 연구는 홍합 족사 단백질의 주요 아미노산을 모방한 에폭시 단량체를 활용해 높은 수중 접착력을 보유한 고분자를 개발함으로써 단백질 모사 고분자 연구에 있어 새로운 방향성을 제시했다.

일부 수중 생물은 자신의 생존 전략으로 우수한 접착력을 보유하고 있으며, 홍합은 수중 접착력을 보유한 대표적인 생물이다. 홍합에게 수중 접착력을 부여하는 족사 단백질은 그 핵심 구성 성분으로 도파(DOPA)와 라이신(lysine)을 다량 보유하고 있다. 도파(DOPA)는 각종 물질과 다양한 상호작용이 가능해 여러 표면에 달라붙을 수 있는 카테콜기를 포함하고 있으며, 라이신(lysine)은 주변의 이온성 부착물들을 제거함으로써 접착 효율을 높인다고 알려진 양이온성 아미노산이다. 이런 홍합 족사 단백질의 핵심 구성 성분을 파악하고 이를 활용하려는 다양한 연구가 진행돼 왔다.

하지만 기능성 펩타이드는 대량생산의 어려움 및 복잡한 서열의 모사 등 여러 특수성을 가지고 있어, 이런 홍합 족사 단백질의 복잡도를 대폭 줄이기 위해 구성 성분을 각종 단량체로 모사해 고분자로 합성하려는 시도가 진행돼 왔다. 최근 10여 년간의 연구를 통해 펩타이드의 규칙적인 아미노산 배열 없이 카테콜, 양이온성 작용기만 도입해 합성된 고분자 또한 충분한 수중 접착력을 가지는 것이 확인됐으며, 단량체 비율, 작용기 및 고분자의 구조 변경 등 여러 방식으로 홍합 모방 고분자에 대한 연구가 진행돼 왔다.

김병수 교수 연구팀은 높은 친수성, 유연성을 가지는 ‘폴리에테르’를 고분자의 주 사슬로 사용했을 때 고분자의 수중 접착 효과가 어떻게 달라지는지를 확인하고자 실험을 설계했다. 실험에 사용된 수중 접착 고분자는 홍합 족사 단백질과 유사한 카테콜/양이온 비율을 가질 때 중성 조건에서 가장 높은 수중 접착력을 가지는 것이 확인됐다. 이는 다른 카테콜/양이온 함유 고분자가 기능기 간의 양이온-파이 혹은 파이-파이 상호작용에 의해 수중 접착력을 가지기 때문에 산성 조건에서 높은 고분자 간 상호작용을 보인다는 결과와는 상반된 결과였다.

연구팀은 분자동역학 시뮬레이션을 통해 이는 폴리에테르 작용기 간 상호작용뿐만 아니라 주 사슬과 기능기 간의 다양하고 복합적인 수소결합이 가능해지면서 전체적인 상호작용의 세기가 특정 비율, 특정 조건에서 최대화되기 때문이라는 사실을 검증했다. 또한, 말단 기능기뿐만 아니라 고분자의 주 사슬과의 상호작용이 수중 접착력에 큰 영향을 끼친다는 사실을 처음으로 밝혀냈다.

김병수 교수 연구팀은 “본 연구를 통해 수중 접착력을 가진 고분자로 사용할 수 있는 새로운 폴리에테르 시스템을 구축할 수 있었으며, 고분자의 주 사슬이 고분자 간 상호작용에 끼치는 영향력을 파악함으로써 수중 접착 고분자 개발뿐만 아니라, 고분자 간 상호작용을 탐구하는 다른 연구들에도 영감을 줄 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.

본 연구는 삼성미래기술육성재단의 후원과 한국연구재단 중견연구자 과제의 지원을 받아 수행됐으며, 미국화학회(American Chemical Society)에서 발행하는 저명한 국제 학술지 ‘Journal of the American Chemical Society’에 3월 17일(현지시간) 온라인 게재됐다.
* 논문 제목: Peptidomimetic Wet-Adhesive PEGtides with Synergistic and Multimodal Hydrogen Bonding
 

이현건 기자 다른기사 보기