나노기술 및 정책 정보

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도쿄공업대학(大學) 정보공학원 정보공학계 등의 연구그룹이 DNA의 염기서열 정보를 인공적으로 설계함으로써 액체–액체 상분리에 의한 ‘DNA 액적(液滴)’형성에 성공함. 또한 DNA 염기 서열을 정밀하게 설계함으로써 액적의 융합과 분열 등의 제어가 가능함을 실증함. 세포 내에서는 액체–액체 상분리 현상에 의해 마이크로 크기의 다양한 액적 모양의 구조가 형성되어 있음. 지금까지 세포에서 추출한 단백질 등을 이용하여 세포 내에서의 액체–액체 상분리의 원리·역할 등이 규명되었으며, DNA나 단백질 등의 생체 고분자의 행동은 분자의 배열에 의존하였음. 생체 분자의 배열을 인위적으로 설계함으로써 상분리 현상 및 형성된 마이크로 액적의 동적 거동을 제어하는 ​​방법은 확립되지 않았음. 연구진은 ‘Y 모티브’라는 Y자형 DNA 나노 구조를 설계·제작함. ‘Y 모티브’는 3종류의 DNA로 구성되어 있으며, 그 분기 끝 부분에는 ‘점착 말단’이라 불리는 1가닥의 DNA가 설치되어 있고, ‘Y 모티브’는 이 점착 말단을 통해 서로 결합 할 수 있음. 연구진은 점착 말단의 서열을 정밀하게 설계하여 액체-액체 상분리에 의해 DNA로 구성된 액적이 수중에 형성되는 것을 확인함. 또한 점착 말단의 서열을 다양하게 변경하여 DNA 분자 사이의 상호 작용의 강도를 조절, DNA 액적이 형성되는 온도를 바꾸는 데 성공함. 본 연구에서 입증 된 DNA 액적 제어 기술은 약물 전달 시스템(DDS) 및 의료용 분자 로봇으로 응용될 것으로 기대되며, 또한 인공 세포와 인공 세포 소기관 구축을 통해 원시 세포의 기원과 세포핵에서의 유전자 제어 원리 등을 해명하는 데도 공헌할 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 ‘Science Advances’ (“Sequence-based engineering of dynamic functions of micrometer-sized DNA droplets”) 지에 게재됨.