박테리아 편모를 움직이는 소형모터를 인공적으로 제작할 수 있다면 의학계의 대혁명이 일어난다.
일본 쓰쿠바시의 스탠리 전기연구소에는 박테리아의 편모를 연구하는 그룹이 있다. 이 연구 목적은 초소형 인공분자 모터를 개발하는 것. 연구자들이 대부분 생물물리학자들인 이 연구단의 정식 명칭은 호타니 신기술사업단. 초분자 연(soft)구조를 밝히는 프로젝트로 지난 9월에 5년간의 1차 연구를 마쳤다.
호타니 프로젝트의 공식 목적은 살모넬라균와 대장균의 등의 운동방법을 해명하는 일이다. 이 세균들은 편모를 사용해 전진하며 편모는 조그만 분자모터에 의해 회전한다. "우리들의 꿈은 이 소형모터를 응용하는 일"이라고 프로젝트 책임자 히로카즈는 말한다.
분자 크기의 모터는 쓰임이 많다. 예를 들면 환자의 체내로 주입시키기 위해 세포 크기의 기기가 필요하기 때문이다.
신기술사업단의 연구자들은 5년동안 박테리아편모의 정밀조사를 정력적으로 수행했다. 자연계에 존재하는 최소의 기계장치에 대해서 많은 것이 해명됐다. 살모넬라균의 세모막에는 20개의 편모모터가 있고 이중에 6,7개 만이 작동하는데, 여기에는 섬유가 하나씩 붙어 있다. 살모넬라균이 영양분을 찾아 액체속에서 회전할 때 이들 모터는 나선상의 편모 다발을 1분당 1만5천회의 속도로 회전시킨다.
프로젝트는 이 조직의 구조와 기능의 해명에 초점이 맞추어져 있다. 예를들면 모터 구조의 하나인 S링(ring)은 여러 종류의 단백질로 구성돼 있다고 생각했지만, 최근 이것이 틀렸음이 증명됐다. 연구원 중의 한사람인 아이자와 신이치는 "S링은 거대한 하나의 주름잡힌 단백질이며 로터(rotor, 회전자)의 근간임이 밝혀졌다"고 말했다. 이 발견은 10종류의 단백질로 구성된 편모모터 구조의 혼미를 해명해줬다. 현재 모터구조의 단백질을 뽑아내 유전자를 분리증식하고, 구조를 직접 해명하는 작업에 들어갔다.
또 한사람의 연구 리더인 남바는 편모섬유의 상세한 컴퓨터 모델을 개발했다. 이 모델이 필요한 이유는 섬유를 구성하는 바벨형의 단백질인 플라젤린(flagellin)의 분자구조를 알아내기 위해서다.
남바는 보다 정밀한 세부모델을 개발하기 위해 많은 영상을 계측 수집해 플라젤린의 분자배열을 밝혀낼 예정이다.
이들 분자간 상호간섭을 이해한다면 섬유의 구성과 작동기능이 해명된다. 이는 인공분자모터를 제조하기 위해 반드시 거쳐야 할 단계다.
앞으로 10~20년 내에는 인공편모 제작이 가능할 것으로 아이자와는 믿고 있다.
미소기기가 절실하게 요구되는 곳은 의료분야다. 인체혈관을 파괴하지 않고 수술할 수 있으며, 이제까지 생생한 모습을 한번도 보여주지 않았던 우리 몸 내부를 촬영할 수도 있다. 또한 혈관에 쌓인 노폐물 처리도 가능해 동맥경화를 훨씬 줄일 수 있을 것이다.
우리는 모기침이 수μm의 굵기인데도 피부를 찌를 때 이를 감지하지 못한다. 이는 모기침이 감지신경망을 피해 충분히 통과할 수 있기 때문이다. 미소기기가 이 정도의 크기로 만들어져 피부의 땀구멍속으로 들어가도 우리는 전혀 느끼지 못하고 정상적인 활동이 가능하다. 물론 미소기기는 몸속에서 자기 역할을 수행하는데도 불구하고….
