세포 속 ‘소포’ 움직임도 보인다…새로운 국산 현미경 개발

생체물질 전달하는 우편배달부 '소포'

질병 연구의 열쇠…그간 추적관찰 어려워

IBS, 신기술 개발해 네이처 자매지 발표

세포 속 구성물인 소포가 움직이는 모습을 정밀하게 관찰할 수 있는 현미경이 국내에서 개발됐다. 특히 소포는 생체물질은 운반하는 ‘우편배달부’ 역할을 하는 만큼 이것의 움직임을 추적 관찰해 다양한 질병 연구가 가능할 것으로 기대된다.

세포 속 소포들의 움직임을 도로망에 비유해 시각화한 그림. 사진 제공=IBS

기초과학연구원(IBS)은 조민행 분자분광학및동역학연구단장 겸 고려대 화학과 교수와 홍석철 고려대 물리학과 교수 공동 연구팀이 세포 속에서 활발하게 움직이는 소포를 선택적으로 추적할 수 있는 새로운 현미경을 개발했다고 15일 밝혔다. 이 현미경을 활용한 연구팀의 연구성과는 네이처 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 전날 게재됐다.

소포는 얇은 지방질의 막으로 이뤄진 주머니다. 세포 안에서 호르몬, 효소, 신경물질 등을 담아 이것들이 필요한 곳에 전달한다. 우편물이 오배송되듯 소포가 물질을 잘못 전달하거나 지연되는 일도 있는데 학계는 이것이 다양한 질병의 발병 원인으로 보고 있다. 소포 수송의 작용 원리를 규명한 연구자 3명이 2013년 노벨 생리의학상을 받기도 했다. 소포의 움직임을 자세히 알 수 있다면 질병 예방과 치료 가능성도 커지는 것이다.



현재 현미경으로는 형광물질을 입힌 특정 소포만 관찰할 수 있다. 형광 신호가 유지되는 시간도 짧아 장시간 추적 관찰에 한계가 있었다. 연구팀은 작은 입자의 ‘브라운 확산’ 과정을 고속으로 추적하는 간섭산란 현미경을 자체 개발하고 이를 통해 소포들의 이동궤적을 장시간 추적하는 데 성공했다. 30분 이상 세포의 핵 주변부터 가장자리까지 다양한 영역에서 100개 이상의 소포 움직임을 동시에 추적했다. 이를 초당 50장의 이미지 재생 속도로 영상화하는 데도 성공했다.

연구팀은 소포가 부분적으로 이동 정체를 겪거나 여러 소포들이 긴 거리를 같은 방향으로 이동하는 집단 수송, 한 소포가 다른 소포 뒤에 달라붙어 함께 이동하는 일종의 ‘히치하이킹’ 등 다양한 움직임 양상이 존재한다는 사실을 알아냈다. 연구팀은 소포가 어떻게 효율적인 물질 수송 전략을 세웠고 이것이 생명현상과 연관되는지를 더 구체적으로 규명할 계획이다.

조민행 단장은 “살아있는 세포를 형광에 의존하지 않고 초고분해능으로 관찰하는 데 성공함으로써 생명현상을 미시적 관점에서 생생하게 밝혀낼 새로운 전기를 마련했다”고 말했다.