[한국대학신문 김정현 기자] 국내 연구팀이 생물의 에너지 공장인 미토콘드리아의 내부 구조를 자연 상태 그대로 촬영한 3D X선 CT 영상을 세계 최초로 공개했다. 수십 나노미터 수준에서 생체 기관의 3차원 영상을 얻어낼 수 있는 기술을 개발한 것으로 생명과학 연구에 전기가 될 것으로 전망된다.

광주과학기술원(GIST, 총장 문승현) 노도영(물리·광과학), 태기융(신소재공학) 교수와 포항공대(POSTECH, 총장 김도연) 송창용 교수(물리) 공동 연구팀은 ‘결맞은 X-선 회절 이미징’ 기법을 활용해 이 영상을 촬영했다.

이 기법은 방사광가속기에서 발생하는 고휘도(특정 방향에 대한 광밀도)의 X선 레이저를 이용한다. 빛의 파동이 간섭에 의해 상쇄되거나 보강되는 ‘결맞는’ 특성을 갖춰 물체의 회절 무늬를 나노미터 단위로 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 회절 무늬에 수학적 알고리즘을 적용하면 평면 영상을 얻을 수 있다.

연구팀은 평면 영상을 얻는 방법을 미토콘드리아를 돌려가며 반복, 디지털 형태로 저장된 3차원 영상을 얻어냈다. 이를 통해 원하는 각도와 위치의 단면 영상을 시각화할 수 있다.

미토콘드리아는 인간 등 생물이 섭취한 유기물질을 생명 대사활동의 에너지 물질인 아데노신삼인산(ATP)으로 변환하는 ‘세포의 발전소’로, 신진대사와 이에 연관된 생명현상, 질병 등을 이해하는 데 핵심인 세포 소기관이다. 자체 유전물질(DNA)를 갖고 있으며, 자식이 태어날 때 어머니의 미토콘드리아 DNA만 전달받는 ‘모계유전’을 하기 때문에 유전학에서도 중요하게 다뤄진다.

연구책임자 노도영 GIST 교수는 “이번 연구는 수십 나노미터 수준의 분해능으로 미토콘드리아의 삼차원 영상을 얻을 수 있는 기법을 구현한 것에 의의가 있고, 이후 지속적인 분해능 개선 연구를 통해 생명현상 등의 이해에 중요한 실마리를 제공할 고분해능 영상을 획득할 계획”이라고 설명했다.

연구팀은 미래창조과학부 선도연구센터사업(SRC)의 지원을 받는 ‘극미세 초고속 X선 과학연구센터’에서 연구를 진행했다. 국제학술지 <네이처>와 같은 출판사(NPG)에서 발간하는 <Scientific Reports>에 지난 12일 온라인 게재됐다.