동아대 김수환 화학공학과 교수 등 연구팀, 피부의 멜라닌 생성과정 모사 효소기술 개발

[베리타스알파=신승희 기자] 동아대는 화학공학과 BK21 FOUR(4단계 두뇌한국21) 교육연구단 김수환 교수가 포함된 연구팀이 인공 멜라노좀을 제작, 자외선으로부터 피부 조직 및 세포를 보호하는 생체 모방 시스템 개발 성과를 거뒀다고 10일 밝혔다.

이 연구엔 김 교수를 비롯 서울대 화학생물공학부 김병기·황석연 교수팀이 함께 참여했으며 공동연구팀은 논문을 통해 세계 처음으로 티로시나아제를 광활성화 하는 데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구 결과는 ‘Light-Triggered In Situ Biosynthesis of Artificial Melanin for Skin Protection’이라는 제목으로 국제 학술지 『어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF=16.806)』 1월호에 온라인 게재될 예정이다.

특히 이 연구는 유전공학과 고분자 및 조직공학이 접목된 신개념 자외선 차단 기술로, 새로운 효소 디자인을 제작, 이를 체내로 안전하게 전달하는 약물 적용의 차세대 융합 기술로 평가받았다.

연구팀은 이 연구에서 방선균 유래 티로시나아제(SaTy)의 단백질 구조 분석을 통해 광활성화 반응을 일으킬 수 있는 위치를 선별했고 광절단성 비천연아미노산인 니트로벤질 티로신을 도입하는데 성공했다.

니트로벤질 티로신이 도입된 티로시나아제는 활성이 거의 없는데 반해 자외선을 받으면 니트로벤질 작용기에서 광절단이 일어나면서 티로시나아제가 활성화하는 것을 확인했다.

또 연구팀은 피부 내 멜라닌 생합성을 위해 리포좀으로 광활성 티로시나아제를 둘러싼 인공멜라노좀을 제작한 뒤 인공멜라노좀을 통해 자외선에 의한 멜라닌이 형성되고 멜라닌으로 자외선이 차단된다는 것을 동물 실험으로 증명했다.

대조군 쥐는 자외선에 심각한 일광화상을 일으키며 피부 각질화 현상이 나타났지만 인공멜라노좀을 처리한 실험군은 피부가 성공적으로 보호됐다. 이는 티로시나아제에 의해 멜라닌 생성 및 피부가 보호되는 것이라고 연구팀은 설명했다.

김 교수는 “이번 연구를 통해 금속 이온을 활성 부위로 하는 효소에 최초로 광활성 시스템이 도입돼 피부 보호 효과가 검증됐다”며 “이번 연구에서 개발된 광활성화 티로시나아제를 이용, 동물 실험을 거쳐 알비노 환자 치료 기술로 분야를 확대하고 신개념 희귀 질환 극복 응용에도 나설 계획”이라고 밝혔다.

이에 앞서 연구팀은 ‘광활성화 티로시나아제’ 기술과 관련해 국내특허 출원과 서울대 유전공학연구소와 LG생활건강 미래 화장품 육성재단에서 주는 논문 우수상을 수상하기도 했다.