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거미줄은 방탄복의 소재인 케블라 섬유에 비견될 만큼 뛰어난 강도와 탄성을 자랑한다. 핵심 비결은 거미줄을 구성하는 단백질의 ‘베타시트(β-Sheet)’ 구조다. 최근 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구팀이 베타시트 구조가 형성되는 과정을 처음으로 밝혔다.

널 알리아 옥타비아니 이화학연구소 지속가능한자원과학센터(CSRS) 연구원팀은 ‘황금원형그물 거미(Nephila clavipes)’를 이용해 거미줄을 생산할 수 있는 유전자 변형 박테리아를 만든 뒤, 이것으로 단백질을 만들면서 베타시트 구조가 어떻게 형성되는지 분석했다.

그 결과, 말단 부분이 불규칙적인 코일 형태와 폴리프롤린Ⅱ형 나선 등 두 가지 패턴으로 만들어진다는 사실을 알아냈다. 특히 나선형 말단은 용액 형태의 단백질을 신속하게 굳히고 거미줄의 인장력을 높이는 데 중요한 역할을 했다. 그동안은 단백질이 너무 빨리 고화돼 이러한 사실을 알지 못했다.

옥타비아니 연구원은 “핵자기 공명법, 원거리 자외선 원형 이색성 분광법 등 다양한 방법을 활용한 결과, 단백질이 베타시트 구조를 이루기 전 용액 상태를 관찰할 수 있었다”고 설명했다. 연구결과는 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 5월 29일자에 실렸다.

doi:10.1038/s41467-018-04570-5