암, 당뇨, 치매 등 중증 노인성 질환의 지표 단백질인 글루타민을 혈당 측정과 같이 쉽고 간편하게 잴 수 있는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 천연물소재연구센터 서문형 책임연구원 연구팀과 천연물인포매틱스연구센터 박근완 책임연구원 연구팀은 복잡한 측정과 고가 분석 장비 없이도 글루타민 농도를 빠르고 정확하게 잴 수 있는 단백질 센서 기술을 개발했다고  발표했다.

글루타민은 혈액 내 단백질 합성이나 세포 에너지원으로 쓰이는 아미노산으로 암이나 당뇨, 퇴행성 뇌 질환 등 중증 노인성 질환에서 세포나 혈액 속 글루타민 농도 변화 사례가 보고되고 있어 이들 질환을 진단하는 지표로 주목받고 있다.

하지만 생체 샘플 속 글루타민 농도 측정은 질량분석기나 아미노산 분석기 등 고가 분석 장비가 필요해 실제 진단에 활용하기는 어려웠으며 간편 측정 기술들도 샘플 속 단백질을 제거해야 하는 등 복잡한 전처리 과정이 필요해 측정에 오래 걸리고 정확도도 떨어졌다.

이에 연구팀은 글루타민에만 잘 달라붙는 천연 단백질을 2개의 인공 단백질로 분리하고, 여기에 글루타민에 달라붙었을 때 빛을 내는 물질을 붙인 센서를 개발했다.

​이 단백질이 글루타민에 달라붙으면 빛을 내고, 이 빛의 세기를 측정하면 농도를 알아낼 수 있는 것으로, 연구팀은 글루타민 기호 Q와 빛을 낸다는 뜻을 결합해 'Q-SHINE' 센서로 이름 붙였다.

이를 통해 측정할 수 있는 글루타민의 최저 농도는 1마이크로몰(μM, 1몰의 100만분의 1)로, 연구에서 많이 쓰이는 효소반응 분석법보다 20배 민감한 것으로 나타났다.

또 센서 단백질은 대장균을 활용해 쉽게 생산할 수 있어 연구용 키트로도 값비싼 분석 장비와 비슷한 수준으로 글루타민 농도 분석이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 이어 Q-SHINE 센서를 이용해 살아있는 세포의 세포질 및 미토콘드리아 내 글루타민 농도 변화의 실시간 모니터링에도 성공했다. 특히 암세포와 정상세포에서 글루타민 농도 차이를 검증함으로써, 향후 글루타민 대사 억제를 통한 항암제 개발이 속도를 낼 수 있을 것으로 보인다.

서문형 박사는 “이번에 개발된 Q-SHINE 센서는 당뇨환자의 자가 혈당 측정 방식과 같이 손쉬운 글루타민 농도 모니터링을 가능하게 해줄 것"이라며, “글루타민 대사 연구에 활용하게 되면 암, 당뇨, 치매와 같은 중증 노인성 질환의 조기진단과 원인 규명, 나아가 글루타민 대사를 조절하는 암 치료제 개발에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 'Sensors and Actuators B: Chemical'에 게재됐다.