가천대 연구팀, 세균 보호막 분해 '다기능 나노자임' 개발

[성남=뉴시스] 신정훈 기자 = 가천대는 바이오나노학과 김문일 교수 연구팀이 아미노산을 활용해 바이오필름을 분해하는 아르기닌 기반 나노자임(Arg-ZrMOF)을 개발했다고 13일 밝혔다.

바이오필름은 세균이 금속이나 플라스틱, 의료기기 등의 표면에 부착해 형성하는 보호막이다.

세균이 분비하는 DNA와 단백질, 다당류 등이 복잡하게 얽혀 있어 일반적인 세척이나 살균만으로는 제거하기 어렵고 의료기기와 산업설비, 식품 가공시설 등에서 지속적인 오염을 유발할 수 있다.

연구팀은 나노소재의 촉매 활성점 주변 구조와 화학적 환경을 조절해 반응 효율을 높이는 '촉매 미세환경 공학' 기술을 적용했다.

지르코늄 기반 금속유기골격체(ZrMOF)에 여러 종류의 아미노산을 도입해 촉매 성능을 비교한 결과, 아르기닌을 적용했을 때 가장 높은 활성을 나타냈다.

개발된 나노자임은 DNA와 단백질, 다당류를 구성하는 서로 다른 화학결합을 분해하는 다중 가수분해 활성을 갖춰 바이오필름의 주요 성분을 동시에 제거할 수 있다.

연구팀은 대장균과 황색포도상구균이 형성한 바이오필름을 대상으로 제거 효과를 확인했으며, 곰팡이의 일종인 칸디다 알비칸스의 바이오필름에서도 분해 효과를 확인했다.

특히 60회 반복 사용한 뒤에도 초기 촉매 활성의 80% 이상을 유지했으며, 100일 이상 보관한 후에도 안정적인 성능을 나타냈다.

스테인리스강과 플라스틱, 유리 표면에 형성된 바이오필름을 나노자임 분무 방식으로 제거하는 실험에서도 효과를 확인했다.

이번 연구는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'(Advanced Functional Materials·영향력지수 19.9)에 최근 온라인 게재됐다.

연구 성과를 시각화한 이미지는 내년 1월 발행 예정인 제37권 제3호의 표지 안쪽 이미지(Inside Back Cover)로 선정됐다.

연구는 김문일 교수 연구실에서 석사학위를 취득한 반 안 응옥 응우옌 연구원이 주도적으로 수행했으며, 한국연구재단 중견연구자지원사업과 대학중점연구소사업, BK21사업의 지원을 받았다.


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