살아있는 대장균 모습은 이랬다…전자현미경 ‘생존 세포’ 첫 포착

국내 연구진이 세계 최초로 살아있는 세포를 전자현미경으로 실시간으로 관찰하는 데 성공했습니다. 이번 성과를 발전시키면 코로나19와 같은 바이러스의 전염과 전이 과정도 더욱 자세히 규명할 수 있을 것으로 기대됩니다.

육종민 KAIST 신소재공학과 교수 연구팀과 한영기 경북대학교 ITA 융합대학원 교수 연구팀은 이른바 '그래핀 액상 셀 전자현미경 기술'을 응용해 살아있는 대장균 세포를 관찰하는 데 성공했다고 밝혔습니다.

또, 해당 대장균 세포를 재배양하는 데도 성공해 전자현미경으로 관찰한 이후에도 세포가 살아있음을 밝혀냈다고 설명했습니다.

지금까지 세포를 관찰하기 위해서는 전자현미경 기술을 이용해 왔습니다. 하지만, 전자현미경은 세포에 구조적 손상을 입혔습니다. 높은 에너지의 전자를 이용하기 때문입니다. 그래서 세포를 죽이는 '고정 작업'을 거친 뒤 관찰이 가능했습니다.

■"그래핀 보호막으로 세포 보호"

살아 있는 세포를 관찰할 순 없을까. 연구팀은 '그래핀'에서 해법을 찾았습니다. 그래핀은 약 0.2㎚(나노미터) 두께(1㎚는 머리카락 굵기의 10만분의 1)의 원자막입니다. 강철보다 200배 강한 강도와 높은 전기 전도성을 가지며 물질을 투과시키지 않는 성질을 가집니다.

연구팀은 그래핀을 인공적인 보호막으로 삼았습니다. 그래핀으로 세포를 감싸주면 전자현미경 내부에서 세포의 구조가 유지된다는 사실을 확인했습니다. 여기에 덤으로 세포에게 해로운 활성산소를 분해하는 효과도 확인됐습니다.

‘그래핀’으로 감싼 세포(왼쪽)와 전자현미경으로 관찰한 세포(오른쪽)의 형광분석 이미지. 살아있는 세포는 녹색 형광색을 띠는데, 그래핀으로 감싼 세포 이미지에서 녹색이 확연하게 관찰된다.

연구팀은 더 나아가 바이러스보다 더 작은 단위인 단백질에서도 같은 효과를 볼 수 있는지 연구를 이어가고 있습니다. 육 교수는 "이번 연구 결과는 세포보다 더 작은 단백질이나 DNA의 실시간 전자현미경 관찰로까지 확대될 수 있다"며 "앞으로 다양한 생명 현상의 기본 원리를 근본적으로 밝혀낼 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔습니다.

연구팀의 이번 연구 결과는 지난달 5일 국제학술지 '나노 레터스(Nano Letters)' 온라인판에 실렸으며, 6월호 표지논문으로 선정됐습니다.