홍합에서 의학의 재발견

25년만에 밝혀낸 홍합수염 '초강력 본드'

[아시아경제 김수진 기자]홍합의 장점. 맛있다. 쪄 먹어도 끓여 먹어도 훌륭하다. 단점은 손질이 어렵다는 것이다. 홍합 껍데기에 엉킨 '홍합 수염'을 떼어내는 건 보통 노동이 아니다. 하지만 이 수염이야말로 홍합의 진짜 재능 중 하나다. 생체의료용 소재로서 홍합의 가능성이 수염, 즉 '족사'에 숨어있다.

홍합은 바닷가 바위에 찰싹 달라붙어 있다. 아무리 파도가 쳐도 떨어지지 않는다. 가까이서 관찰하면 홍합에 실 같은 것이 잔뜩 엉켜 있는 걸 볼 수 있다. 바로 홍합의 족사다. 머리카락 굵기의 실 같은 섬유조직으로 매우 강한 접착력을 지니고 있다. 이 때문에 홍합은 과학자들의 연구 대상이 됐다. 어떻게 홍합은 떨어지지 않는 걸까? 홍합의 접착력에 대한 연구는 벌써 25년 전부터 진행된 과학계의 관심사 중 하나다.

족사는 홍합의 발에서 분비되는 섬유 다발로 구성된다. 홍합은 이 족사를 통해 접착제를 분비하고, 이 접착제가 고체 표면에 딱딱한 돌덩어리같은 플라크를 형성해 물 속에서 젖어 있는 표면에도 달라붙는다. 이같은 홍합 접착 단백질의 접착력은 인공 접착제 이상이다. 에폭시나 페놀수지 등 고분자 기반 접착제보다 훨씬 강력하면서 유연성도 지녔다. 특히 물 속에서도 접착력이 그대로 유지된다는 것이 강점이다. 인공적 화학접착제는 물에 쉽게 분해돼서 곧 떨어져버리지만 홍합 접착 단백질은 멀쩡하다. 접착표면도 가리지 않는다. 금속부터 플라스틱, 유리는 물론이고 생체표면 물질에도 붙는다. 동물의 피부나 세포를 잘 부착할 수 있다는 것도 확인됐다.

홍합 접착 단백질이 본격적으로 연구되기 시작한 것은 1980년대다. 캘리포니아 주립대의 허버트 웨이트 교수가 이끄는 연구팀이 홍합의 족사 단백질의 다이하이드록신 페닐엘라닌(DOPA)이 접착 역할을 한다는 것을 밝혀낸 것이다. DOPA는 '타이로신'이라는 아미노산이 변형된 물질이다. 홍합 접착 단백질과 유사하되 DOPA가 없는 경우 접착력이 크게 떨어진다. 처음으로 발견된 족사 단백질은 fp-1으로 그만큼 가장 많은 연구가 이뤄졌다. 현재 fp-1부터 Fp6까지 6종의 단백질이 규명됐는데, 이 중 접착에 직접적으로 관여하는 단백질은 fp-1, fp-3, fp-5로 추정된다.

의료 분야에서는 홍합 접착 단백질에 대한 관심이 높다. 생체 내에서 인간세포를 공격하거나 면역거부반응이 없는 것으로 알려져 수술 부위에 의료용 접착제로 활용할 수 있기 때문이다. 문제는 인공 생산이다. 자연에서 홍합 접착 단백질을 얻으려면 1g당 홍합 1만마리가 필요하다. 가격 역시 1g당 7만 5000달러로 판매되며 세포접착제로만 쓴다. 자연추출로는 도저히 상용화를 할 만한 경제성이 없는 셈이다. 이 때문에 접착 단백질을 대량으로 얻기 위한 연구가 계속돼왔다.

국내에서도 홍합 접착제 관련 연구는 이뤄지고 있다. 포스텍 화학공학과 차형준 교수 연구팀은 국산 양식 홍합에서 접착 단백질을 추출, 유전자 재조합 기술을 도입해 대량 생산하는데 성공했다. 단백질의 유전자를 복제한 뒤 대장균을 이용해 이를 증식시킨 것이다. 차 교수 연구팀은 이를 바탕으로 홍합 접착 단백질 연구를 다양하게 이어가고 있다. 지난해에는 홍합접착단백질을 이용한 기능성 세포접착제를 만들어냈다.

홍합의 접착 단백질이 여러 표면에 잘 붙는다는 점에서 착안한 것이다. 이렇게 개발된 기능성 세포 접착제는 기존 세포접착제가 세포 성장이나 분화 등 고유 기능을 크게 저하시킨 것과 달리 생체활성도가 높다. 또한 일반 세포접착제와 가격이 비슷하면서도 접착률은 2배에 가깝다. 특정 세포에만 작용하는 세포접착제를 만드는 것도 가능해 '사용법'도 다양하다.

접착단백질 80%와 히알루론산 20%를 혼합해 의료용 접착제도 만들어냈다. 홍합이 족사 속 관을 이용해 단백질을 분비하는 원리를 응용한 것이다. 두 성분이 뒤섞인 액체 상태로 히알루론산이 단백질을 물 밖으로 퍼지지 않게 해 주는 관 역할을 한다. 40mg으로 20kg를 감당할 수 있는 접착 능력을 지녔으며, 이를 이용하면 수술 부위를 실로 꿰매는 대신 그대로 붙일 수 있다.

한편 카이스트 이해신 교수 연구팀은 족사 구조를 응용한 초고강도 섬유를 개발하기도 했다. 족사의 콜라겐섬유가 홍합 접착 단백질인 Mefp-1의 카테콜아민 성분으로 결합돼 있다는 것에 아이디어를 얻은 연구다. 탄소나노튜브는 강도가 높아 신소재로 각광받았지만 길이가 수 나노미터 수준으로 매우 짧다. 이 교수 연구팀은 고분자 구조 접착제로 탄소나노튜브를 이어 붙였다. 탄소나노튜브가 콜라겐 섬유 역할을, 고분자 구조 접착제가 카테콜아민 성분 구실을 한 셈이다. 이렇게 만들어진 탄소나노튜브 섬유는 기존의 구조용 탄소강보다 강도가 3배 이상 높아 인공 근육부터 방탄, 스텔스 소재 등에 이용될 것으로 기대되고 있다.

김수진 기자 sjkim@