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[IT뉴스]빛에너지 저장하는 인공 세포소기관…세포 생존율 2배 향상

온카뱅크관리자

2026-11-05 14:17:26

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 UNIST 연구팀이 빛을 저장하는 인공세포소기관 'PNO'를 개발했다. UNIST 제공
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 빛에너지를 화학에너지로 전환해 저장하는 인공 세포소기관이 개발됐다. 빛에 반응해 형태와 성질이 달라지는 인공조직을 설계하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 
 울산과학기술원(UNIST)은 조윤경 바이오메디컬공학과 교수팀이 이인수 포스텍 화학과 교수팀과 함께 빛에 반응해 '아데노신삼인산(ATP)'를 만드는 인공 세포소기관 ‘PNO(plasmonic nano-organelle)’를 개발하고 연구결과를 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈' 9월 29일자에 게재했다고 5일 밝혔다. 
 ATP는 생명체가 생명 활동을 하는 데 쓰는 에너지를 저장했다가 방출하는 일종의 '배터리'다. 세포는 포도당 등 영양분에서 얻은 에너지를 이용해 ATP를 만든다. 식물 세포에서는 흡수한 빛에너지가 ATP에 저장된다. 
 PNO는 금과 백금으로 구성된 나노구조를 ATP 합성효소가 포함된 막으로 감싼 구조다. 나노구조가 빛에너지를 받으면 포도당과 산소의 반응을 촉진해 수소 이온이 생산된다.
 PNO 내부에 수소 이온이 축적되면 수소 이온은 농도가 높은 막 내부에서 농도가 낮은 바깥쪽으로 이동하려 한다. 이동하는 수소 이온이 세포막에 있는 ATP 합성효소를 통과하면서 ATP가 생성된다. 댐의 물 높이 차이로 흐르는 물줄기가 물레방아를 돌리듯 수소 이온이 세포막을 통과하며 물레방아처럼 생긴 ATP 합성효소를 회전시키는 것과 유사한 원리다. 빛은 작동 스위치, 포도당은 연료 역할을 한다. 
 PNO와 액틴 단백질을 넣은 인공세포에 빛을 비추자 생성된 ATP가 액틴 단백질을 긴 섬유 형태로 조립했다. 액틴은 세포 골격을 이뤄 세포의 형태를 유지하는 기능이 있다. 
 긴 섬유 형태로 조립된 액틴은 세포막을 밀면서 세포의 모양을 변형했다. 빛을 끄자 액틴이 원래의 모양으로 돌아오면서 세포 형태도 원상태로 복구됐다.
 연구팀은 근육 세포로 분화하기 전 단계의 세포인 '근육 전구세포'와 PNO를 알지네이트로 만든 젤에 넣어 3차원 조직 모형을 제작했다. 
 모형에 근적외선을 비추자 세포 내부의 액틴 섬유가 형성되면서 조직 모형이 빛을 비추기 전보다 약 1.9배 단단해졌다. 연구팀이 '산화 스트레스'를 받은 조직에 포도당을 공급하고 근적외선을 비추자 조직 내 ATP 농도가 산화 스트레스 처리 전의 약 84%까지 회복됐다. 
 산화 스트레스는 주변 분자들을 변형시켜 세포에 악영향을 끼치는 활성산소가 증가하는 현상으로 활성산소가 과다한 환경에서는 ATP 생산 효율이 떨어진다.
 PNO를 첨가하지 않은 조직에 포도당을 공급하고 근적외선을 비췄을 때 조직 내 ATP 농도는 산화 스트레스 처리 전의 약 22%까지 회복됐다. 
 산화 스트레스 조건에서 세포의 생존율도 PNO를 첨가한 조직이 그렇지 않은 조직보다 약 두 배 높았다. 이는 PNO가 산화 스트레스 환경에서 세포의 생존을 돕는 데 활용될 수 있음을 보여준다.
 조 교수는 “인공세포가 실제 세포처럼 작동하려면 필요한 때와 장소에 맞춰 에너지 공급을 조절할 수 있는 기술이 중요하다”며 “이번 기술은 세포가 에너지를 쓰는 과정을 연구하는 데 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1002/adma.75111
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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