KAIST, 살아있는 세포 모습 세계 첫 관찰… “코로나 바이러스도 도전”

김윤수 기자
입력 2020.06.29 16:28
육종민·한영기 교수팀, 전자현미경 활용
그래핀 씌운 세포 전자빔에도 죽지 않아

육종민·한영기 교수팀의 연구성과가 표지논문으로 실린 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 6월호의 표지 사진./KAIST 제공
육종민·한영기 교수팀의 연구성과가 표지논문으로 실린 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 6월호의 표지 사진./KAIST 제공
국내 연구진이 세계 처음으로 전자현미경을 통해 살아있는 세포를 실시간으로 관찰하는 데 성공했다.

육종민 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수와 한영기 경북대 교수 공동 연구팀은 29일 이같은 연구성과를 공개했다. 살아있는 세포의 전이, 감염 과정을 규명할 것으로 기대된다.

세포는 마이크로(μm·100만분의 1미터) 크기를 가지기 때문에 가시광선을 이용한 일반적인 광학현미경으로는 해상도가 부족해 관찰이 불가능하다. 가시광선보다 수천배 높은 에너지를 갖는 전자빔을 이용하는 전자현미경을 이용하면 관찰이 가능하지만, 전자빔의 세기가 강하고 진공 환경을 만들어야 하는 만큼 여기에 노출되는 세포는 사멸된다. 관찰을 위해서는 세포를 죽일 수밖에 없는 것이다. 때문에 이제껏 활동 못 하는 죽은 세포만을 관찰해왔다.

관찰할 세포를 그래핀으로 감싸 전자빔에 맞아도 죽지 않도록 한 모습./KAIST 제공
관찰할 세포를 그래핀으로 감싸 전자빔에 맞아도 죽지 않도록 한 모습./KAIST 제공
연구팀은 전자빔에 노출된 세포를 죽게 만드는 활성산소를 없애기 위해 2차원 물질 그래핀을 이용했다. 그래핀을 보호막 삼아 세포에 덮어주면 세포가 전자빔을 쬐도 죽지 않는 것이다. 연구팀은 이같은 원리를 가진 ‘그래핀 액상 셀 전자현미경’을 이용해 살아있는 대장균 세포를 관찰하는 데 성공했다.

연구팀은 신종 코로나 바이러스 감염증(코로나19) 바이러스와 같이 세포보다 더 작은 수백 나노(nm·10억분의 1미터) 크기의 바이러스 관찰을 위해 추가 연구를 수행할 것이라고 밝혔다.

바이러스는 생사(生死)를 정의할 수 없지만 이제껏 전자현미경으로 관찰해온 바이러스의 모습은 극저온에서 얼려 불활성화한 것들이다. 실제로 활동하는 모습은 아직 관찰되지 않았다.

육 교수는 "세포보다 더 작은 단백질이나 DNA 관찰에도 응용할 수 있다"며 "다양한 생명현상의 비밀을 밝힐 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구결과는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 6월호에 표지논문으로 실렸다.

‘그래핀 액상 셀 전자현미경’(왼쪽)과 일반 전자현미경(오른쪽)으로 각각 제포를 관찰한 모습. 왼쪽의 세포들이 덜 사멸된 모습이다./KAIST 제공
‘그래핀 액상 셀 전자현미경’(왼쪽)과 일반 전자현미경(오른쪽)으로 각각 제포를 관찰한 모습. 왼쪽의 세포들이 덜 사멸된 모습이다./KAIST 제공