우리는 이제 치료보다 예방이 강조되는 사회에 살고 있다. 그만큼 정확하고 정밀한 진단이 매우 중요하다. 환자 개인적으로는 부정확한 검사결과로 인해 잘못된 치료를 받을 위험이 있고 국가적으로는 조기에 치료하지 못하거나 부적절한 치료로 인한 불필요한 의료비 상승을 초래할 수 있기 때문이다.

▲ 윤문영 한양대학교 단백질생명공학기술연구실 교수

진단이 중요한 이유는 간단하다. 진단이 정확해야 올바른 치료가 가능하기 때문이다. 숨어있는 병이든 이미 진행되고 있는 병이든 어떤 상태인지 정확히 아는 것이 먼저다. 따라서 진단을 얼마나 정확하게 하느냐가 의료수준을 결정한다. 또 진단기술이 발전할수록 신체기능을 보다 효과적으로 활용할 수 있도록 도와줄 것이다.

초고감도 프로브 및 바이오센서 시스템 개발
정확하고 정밀한 진단의 중요성이 강조되면서 한양대학교 단백질생명공학기술연구실 윤문영 교수의 행보가 화제다. 윤문영 교수 연구팀은 지난 23년 간 효소학 및 단백질체학 등 다양한 연구를 진행해왔다. 윤문영 교수 연구팀의 주요 관심 연구 분야는 질병의 조기 진단을 위한 초고감도 프로브 및 바이오센서 시스템 개발과 항생제를 대체하는 새로운 진단/저해제 발굴이다. 이 외에도 박테리아, 식물, 또는 동물의 생체 내 중요한 역할을 하는 단백질들의 기능적, 구조적인 특징을 밝혀내기 위한 연구를 진행해왔다. 그 결과 지난 2001년 9.11 테러 이후 바이오테러 물질로 알려진 탄저 독소 유발 단백질에 특이적으로 결합하는 펩타이드, 앱타머, PDPP/PDAP를 이용한 진단 시스템을 개발하였으며, 더 나아가 나노구조체를 이용한 초고감도 탄저 진단시스템을 개발하였다.

이는 2011년 ‘어드밴스드 메테리얼(Advanced Materials)’이라는 재료공학분야의 세계적 학술지에 발표되어 그 우수성을 인정받았다. 주된 연구 내용은 단일 펩타이드가 갖는 결합력과 검출한계 향상을 위한 다중인식 펩타이드 고분자의 합성 및 이를 이용하여 산화아연 나노 구조체 표면에서 탄저 독소단백질을 검출하는 탄저병에 대한 초고감도 진단 시스템 개발이다. 또한 탄소 원자로 이루어진 얇은 막의 그래핀과 앱타머를 이용하여 탄저 독소 단백질을 검출하는 앱타센서의 연구 결과가 2013년 나노공학의 저명한 학술지인 ‘스몰(Small)’에 게재되었다.

윤문영 교수는 생명현상의 메커니즘 및 각 분자들의 특성을 규명하고, 각 분자가 하나의 생명체를 이루는데 어떻게 관여하는지를 이해하는데 집중하고 있다. 윤 교수의 연구팀은 더 나아가 유전자 재조합 기술을 이용한 신기능성 물질 개발에 이바지할 인재를 육성하는데 만전을 기하고 있다. 이렇듯 다양한 연구를 통해 윤 교수는 국제저명 학술지에 약 170편의 논문과 21건의 특허 등 우수한 연구성과로 과학기술 발전에 이바지하고 있으며, 후학양성에도 심혈을 기울여 박사 11명, 석사 32명을 배출했다. 현재 연구실에는 윤문영 교수를 필두로 박사 후 연구원 1명, 석박사 과정 9명이 연구에 매진하고 있다.

간편한 진단 KIT 및 바이오센서 개발에 매진

▲ 윤문영 교수 연구팀

현재 윤문영 교수팀은 한국연구재단의 지원으로 암 줄기세포의 혈중생존 특성 분석과 항암저항성, 전이암 형성 특성을 분석하며, 조기 진단을 위한 신규한 저분자 프로브로써 펩타이드와 앱타머를 발굴하는 연구를 진행 중이다. 윤 교수는 “이러한 연구를 미세유체칩, 반도체소자 등 바이오센서에 응용하여 기존에 없던 새로운 개념의 암줄기세포분리, 포획 시스템 개발을 연구한다”고 설명했다.

축산물의 잔류 항생제에 의한 내성으로 인하여 가축 사료에 항생제를 첨가하는 등의 장기간 항생제 사용을 금하고 있지만 아직 잔류 허용치를 초과하는 경우가 많이 발생한다. 이에 윤 교수팀은 농림수산식품기술기획평가원의 지원으로 신속 정확, 간편한 항생제 검출 검사로 축산 식품의 유통 안정성 및 신선도 유지에 기여할 수 있는 가축 도축 전 잔류 항생제 검출을 위한 나노프로브 개발 및 이를 검출할 수 있는 광학장비 및 전처리 키트의 개발도 연구 중이다. 또한 한국연구재단의 지원으로 다제내성 결핵 치료를 위하여 항결핵제 후보물질의 탐색 및 활성 기전 분석을 통한 저해 메커니즘 규명 및 이에 따른 선도 저해제를 발굴하고 있으며 농촌진흥청의 지원을 받아 항 결핵제 유도체 제작 및 저해메커니즘 분석 그리고 세포독성 및 결핵균 저해효과 검증을 통하여 결핵 치료제를 개발하고 있다. 이 외에도 알츠하이머 원인 물질로 알려진 아밀로이드 베타 검출 프로브 개발을 통하여 알츠하이머 조기 진단 시스템 구축에 힘쓰고 있다.

이외에도 황색포도상구균, 비브리오, 살모넬라, 바실러스 등 식중독을 일으키는 병원균을 진단할 수 있는 식중독 진단 탐침차 개발,  펩타이드, 앱타머를 이용한 식물질병의 원인균을 저해함으로 식물질병을 치료할 수 있는 새로운 방제물질 개발 연구도 진행하고 있다. 기초과학과 응용과학에 관한 폭 넓은 안목과 역량으로 바이오 기술과 나노기술 등 첨단공학이 융합된 생명공학 기술을 도입한 윤 교수는 현재 다양한 표적에 대한 펩타이드 및 앱타머를 개발하고 프로브와 고분자와의 연결, 나노 구조체를 이용한 광학적, 전기화학적 방법 등 다양한 분석방법에 응용하여 질병의 초고감도 진단 및 항생제 검출에 관한 연구를 진행 중이다. 윤 교수는 “지금까지의 연구 결과를 바탕으로 실생활에서 현장 적용 가능한 간편한 진단 KIT 및 바이오센서를 개발하여 실용화된 기술로 활용될 수 있도록 연구에 매진할 것”이라고 포부를 밝혔다. NM