바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 18-27

미생물로 무독성·생분해성 페인트 개발 가능성 제시

◇ 공작의 깃털, 나비의 날개와 같이 밝고 생생한 무지개 빛깔을 박테리아의 유전적 변형을 통해 재현하는데 성공. 케임브리지 대학과 네델란드 Hoekmine BV사가 공동으로 추진한 이번 연구는 구조색(structural color)에 대한 최초의 유전학적 연구라는데 의의가 있으며, 향후 살아있는 미생물을 직접 페인트 및 코팅제로 사용할 수 있는 가능성을 제시  

    ▸주요 출처 : ScienceDaily, In living color: Brightly-colored bacteria could be used to 'grow' paints and coatings, 2018.2.19.; New Atlas, How colorful colonies of bacteria could one day grow organic "paints", 2018.2.21

 ■ 플라보박테리아(Flavobacteria)의 유전자변형을 통해 나비날개와 같은 구조색(structural color) 발현에 성공

 ○ 영국 케임브리지 대학과 네델란드 Hoekmine BV사는 자연에서 나타나는 무지개 빛의 구조색(structural color)*을 생산하기 위해 박테리아의 유전자를 변형하는 연구를 수행
  - 플라보박테리아 군집(Flavobacteria colony)은 색소가 아닌 특정 파장의 빛을 반사하는 분자적인 구조로 인해 밝은 금속성 녹색의 색상을 띰
     * 나비, 공작, 전복 등에서 나타나는 독특하게 빛나는 색을 구조색이라고 함. 구조색은  색소가 섞여있지 않은 투명한 물질들의 주기적인 구조에 의해 반사와 간섭을 거치면서 만들어지는 색으로, 외부에서 들어오는 빛과 보는 각도에 따라 색일 달라짐 
  - 연구진들은 플라보박테리아를 통해 구조적 착색에 관련되는 유전자를 매핑하고, 야생형과 돌연변이의 광학적 특성 및 구조를 비교하여 색상과 모양을 어떻게 조절할 수 있는지를 유전학적으로 접근

 
 ○ 모델시스템으로 IR1(bacteria Iridescent 1)을 사용해 살아있는 박테리아 내에서 구조색의 유전적 변형을 확인하고, 가시광선 스펙트럼에 속하는 거의 모든 색상 구현이 가능
  - 플라보박테리아의 유전자 돌연변이를 통해 크기와 이동능력을 변화시켰고, 이는 군집의 지오메트리(geometry) 변화를 유도
  - 지오메트리 변경으로 색상이 변경되어 원래 금속성 녹색을 파란색에서 빨간색으로 변경. 가시광선 스펙트럼에 속하는 거의 모든 색상을 구현할 수 있으며, 또한 색을 흐리게 처리하거나 완전히 제거 가능
    ※ 공동저자인 케임브리지 화학과 Silvia Vignolinia 박사는 “응용관점에서 이 박테리아 시스템은 전통적인 나노제작(nanofabrication) 방법을 피하면서 대량생산 (번식)할 수 있는 조정 가능한 생체 광자구조를 실현할 수 있다”고 말함
  - 이번 연구는 박테리아 뿐 만 아니라 살아있는 생물체에서 구조색을 조절하는 유전자에 대한 최초의 체계적인 연구라는데 의의
    ※ 연구결과는 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)지에 ‘Genetic manipulation of structural color in bacterial colonies’라는 제목으로 발표(2018.3.13.)

< Flavobacterium IR1 돌연변이의 각도에 따른 색상 변화 >

 * IR1 콜로니에서 관찰되는 빛의 산란을 설명하는 그림 및 세포 사진. 우측 세포 사진의 경우 2일 동안 성장한 후 동일한 조명 하에 5가지 각도에서 촬영하여 각도에 따른 색상변화를 보여줌. D는 직접 위에서 촬영한 반면, 나머지는 사선으로 촬영

출처 : PNAS, Genetic manipulation of structural color in bacterial colonies, 2018.3.13.

■ 유전자가 변형된 박테리아 군집은 무지개 빛 색채를 기반으로 다양한 센서 및 생분해성 페인트나 코팅제로의 개발 가능성 제시   

 ○ 본 연구를 통해 외부 자극 하에 색 변화와 착색이 쉽게 최적화 될 수 있고, 다른 살아있는 조직과 접촉하여 다양한 환경에 적응할 수 있는 광자색소(photonic pigments)와 같은 박테리아 군집의 사용 가능성을 확인
  - 향후 자동차와 벽면에 생분해성이며 무독성인 페인트 및 코팅제를 만드는 게 아닌 성장(grow)할 수 있는 가능성을 제시
  - 또한 생분해성 광학재료 및 센서 개발에 적용하는 등 많은 가능성 보유. 예를 들어 자기치유 및 생체조직과 쉽게 상호작용 할 수 있도록 설계된 광자 재료(photonic materials)로도 활용 가능