자연과학대학 화학과 강성호 교수가 이승아 박사(화학과), 미국 아이오아주립대학교 및 에임스랩(Iowa State University & Ames Lab-USDOE)의 에드워드영 교수(Edward S. Yeung)와 함께, 세계 최초로 화학 발광에 기초해 50 nm 나노포어(사람 머리카락 굵기보다 약 1000-2000 배 작은 구멍) 안에 들어있는 단 한 개의 단일효소분자를 실시간으로 검출하는데 성공했다.

  이번 연구 결과는 논문인용지수(IF) 10.879로 화학분야의 세계 최고의 국제학술지인 ‘앙게반테 케미 국제판(Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2603-2606. ISSN = 1433-7851)’ 3월 29일자에 발표됐으며, 연구는 미국 에너지 및 기초과학 화학분야의 연구비와 2008년 우리대학 국외연구교수기금에 의해 지원됐다.

  효소는 물질대사 과정에서 일어나는 생화학 반응을 촉매하는 복합단백질로, 강 교수는 이번 연구를 통해 유전자단백질합성과정, 효소역학 등의 다양한 생물 혹은 생명현상의 응용연구를 단일분자수준에서 할 수 있어 더욱 정확도를 높일 수 있고, 효소결합면역검출법의 검출능력을 최대화 할 수 있게 됐다고 밝혔다.

  ‘단일분자검출(single-molecule detection)’ 기술은 현재 보편적으로 사용되는 총체적인 평균값(ensemble averaging) 측정방법에 의해 가려지거나 잘못 판단될 수 있는 분자 개개의 특징들을 직접 관측할 수 있는 장점이 있어 21세기 들어 생화학 반응에서 각각의 단계나 중간반응의 직접적인 관측에 많이 응용되고 있는 하나의 진보된 검출기술이다.

  현재까지는 생체 분자에 대한 단일 분자의 측정은 주로 시료에 형광염료를 묻혀 자외선을 쏘였을 때 나타나는 물질 소재를 관찰하는 방식인 형광검출 방법을 주로 사용해 왔는데, 물질대사 과정에서 일어나는 생화학 반응을 촉매하는 복합단백질인 ‘효소’의 경우에는 분자가 용액 내에 존재하거나 혹은 용액 내에서 자유롭게 확산되어 형광검출에 의한 측정방법으로는 생성된 빛을 좁은 영역으로 모을 수 없어 단일 효소 분자 개개를 검출할 수 없었다.

  그러나 강 교수 연구팀은 고감도의 전하결합소자(CCD) 카메라를 사용해 하나의 단일효소분자를 직경 50 nm의 나노포어 안에 가둔 뒤, 반응신호의 값을 극대화 하기 위해 효소반응시간을 연장시키고 그에 따른 신호의 값을 축적하여 개개의 단일효소분자에 대해 화학형광에 기초하여 실시간 검출을 하는데 성공했다.

  이러한 분석방법은 현재의 형광검출법에 상보적인 역할을 할 것이며, 생물화학에서 화학발광의 과잉에 대한 분석과 단일효소 연구의 영역을 새롭게 확장시킬 수 있는 계기를 마련하게 됐다는 평가를 받았다.