나노기술 및 정책 정보

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전기는 생체의 핵심 요소임. 전압 차이가 생물학적 시스템에서 중요함. 전압 차이는 심장 박동을 유도하고 뉴런이 서로 통신 할 수 있도록 함. 그러나 수십 년 동안 세포 기관(세포 내부의 막으로 감싼 구조)과 나머지 세포 사이의 전압 차이를 측정하는 것은 불가능했음.

시카고 대학교(University of Chicago) 연구팀이 만든 선구적인 기술을 통해 연구자들은 세포를 들여다보고 얼마나 많은 다른 세포 기관이 기능을 수행하기 위해 전압을 사용하는지 확인할 수 있게 됨. 세포 염색에 사용되는 전하 염료가 미토콘드리아에 달라붙을 것이라는 사실에 착안하였음. 그러나 살아있는 세포에서 다른 세포 기관의 막 잠재력을 조사하기 위한 연구는 거의 이루어지지 않았었음. 연구팀은 세포 내부를 이동하면서 무슨 일이 일어나고 있는지 보고하는 작은 센서를 전문적으로 제작하여 연구자들이 세포가 작동하는 방식과 세포가 질병 또는 장애에서 어떻게 분해되는지 이해할 수 있도록 하였음. 이전에 그들은 뉴런과 리소좀을 연구하기 위해 그러한 기계를 만들었었음. 이 경우, 그들은 살아있는 세포 내부에 있는 세포 기관의 전기적 활동을 조사하기 위해 이 기술을 사용하기로 결정했음. 뉴런의 막에는 하전된 이온이 세포로 들어오고 나가는 관문 역할을 하는 이온 채널이 있음. 이러한 채널은 뉴런이 통신하는 데 필수적임. 이전 연구에 따르면 세포 기관은 유사한 이온 채널을 가지고 있지만 어떤 역할을 하는지 파악할 수 없었음. Voltair라고 명명된 연구팀의 새로운 도구를 사용하면 이 질문을 더 깊이 탐구 할 수 있음. Voltair는 DNA로 구성되어 세포로 직접 들어가 더 깊은 구조에 접근 할 수 있으며, 셀 내부의 두 영역의 전압 차이를 측정하는 전압계로 작동함. 초기 연구에서 연구원들은 세포 기관 내부와 외부의 전압 차이인 막 전위를 탐색했음. 이전에는 막 전위차가 전혀 없다고 생각되었으나 그들은 trans-Golgi 네트워크 및 재활용 엔도좀과 같은 여러 세포 기관에서 이러한 전위차에 대한 증거를 발견하였음. 세포 기관의 막 전위차가 더 큰 역할을 할 수 있음. 아마도 세포 기관이 의사소통하는 데 도움이 될 것으로 추정됨.

그들의 연구는 시작에 불과하다고 연구팀은 말함. Voltair는 여러 분야의 연구자들이 한 번도 묻지 못했던 질문에 답할 수 있는 방법을 제공하는 것으로 식물에서도 사용할 수 있음. 이 새로운 개발은 새로운 연구 분야에 영감을 줄 수도 있음.

본 연구 성과는 ‘Nature Nanotechnology’ (“A DNA-based voltmeter for organelles”) 지에 게재됨