나노기술 및 정책 정보

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● 일본 이화학연구소의 사이먼 로 연구원 연구팀이 기능성 펩타이드를 표면에 결합한 탄소나노튜브를 담체화함으로써 식물 세포 내의 미토콘드리아에 효율적으로 유전자를 전달하는 방법을 개발하는 한편, 미토콘드리아 유전자가 변형된 식물은 뿌리 성장이 촉진된다는 것을 규명

● 연구팀은 담체로서 반응점을 표면에 갖는 고분자 겔로 피복된 탄소나노튜브를 제작하였으며, 식물 미토콘드리아로 전달하는데 필요한 기능성 펩타이드로 세포막을 투과하는 성질과 플라스미드 DNA를 농축하는 능력을 갖춘 KH9와 미토콘드리아로 이동하는 능력을 갖춘(미토콘드리아 전환 펩타이드) Cytcox를 선택하고 탄소나노튜브 표면의 반응점에 결합시킴

● 이 기능성 펩타이드를 결합한 ‘고분자 겔 피복 탄소나노튜브’에 플라스미드 DNA를 혼합하여 ‘탄소나노튜브/DNA 복합체’를 제작

● 모델 식물인 애기장대의 새싹을 이용하여 ‘탄소나노튜브/DNA 복합체’를 식물로 전달하고자 하였으며, 우선 탄소나노튜브/DNA 복합체가 표적화된 미토콘드리아로 수송되는지 확인하기 위해 형광 색소 펩타이드를 결합시킨 탄소나노튜브를 탈기·가압 처리하여 식물로 보냄

● DNA가 식물 세포 내에서 미토콘드리아로 이동하고 있음을 공초점현미경을 통해 확인하였으며 전달받은 DNA로부터 발현된 녹색형광단백질(GFP)의 형광도 미토콘도리아에서 관찰

● 또한, ‘탄소나노튜브/DNA 복합체’로 전달된 SUL1 유전자는 상동 재조합에 의해 미토콘드리아 유전자에 통합된 결과 뿌리 성장이 촉진된다는 사실도 밝혀냄

● 본 연구 성과는 농작물을 비롯한 다양한 식물을 개변하는 유전자 개혁 기술에 응용되어 환경 내성을 갖는 개량 식물종 제작 및 작물 생산량 향상에 공헌할 것으로 기대

※ Nature Communications 게재(2022.05.16.), “Polymer-coated carbon nanotube hybrids with functional peptides for gene delivery into plant mitochondria”