연구는 뼈같은 유기물질에서 아이디어를 갖고왔다. 뼈는 내부에 구멍이 있고 가벼우며 길이도 짧다. 그러나 매우 강한 힘을 지니고 있다. 실제로 뼈의 세포는 생체섬유의 조직에 칼슘같은 硬質(경질)의 미네랄을 합성한 조직이다.
MIT 전기 및 생물학분야의 티모시 루(Timothy Lu) 조교수는 “우리 아이디어는 생물과 무생물의 세계를 연계, 무생물질에 생물세포를 집어넣고 기능할 수 있도록 혼성물질을 만드는 것이다. 이는 물질통합에 대한 흥미로운 사고방식이다. 지금 사람들이 하고있는 것과 매우 다르며 탑다운(top-down 하향식) 접근법과도 사뭇 다르다”고 말했다.
루와 그의 동료들은 인체 장기내에 아주 흔한 대장균(E, Coli EscherichiaColi)을 활용했다. 대장균은 표면 접착력이 뛰어난 아밀로이드 단백질(糖당 단백질), 즉 ‘휘어있는 섬유질’(curli fibers)을 함유한 생물막을 생산하기 때문이다. 섬유질은 무생 물질을 선별적으로 수집할 수 있는 단백질을 더함으로써 변형이 가능하다. 이번 경우, 연구진은 금 나노입자(Gold nanoparticles)와 양자점을 수집할 수 있는 단백질을 선택했다.
연구진은 금나노입자 증식으로 생물막을 만들기 위해 대장균 세포를 프로그램했다. 다른 막들은 양자점이나 극소형 크리스탈들로 증식했다. 세포들은 상호 침투가 가능하고, 생물막의 성분을 맞바꿀 능력도 갖췄다.
루는 “이는 아주 단순한 구조다. 세포들은 서로 소통하고, 성분을 변화시킨다. 궁극적으로 우리는 뼈같은 자연적 구조들의 형성법을 모방하고자한다. 아무도 뼈에게 무슨 일을 하라고 말하지않지만 뼈는 환경적 신호에 반응해 물질을 만들어낸다”고 말했다.
이 기술은 에너지기술을 포함해 매우 많은 분야에서 응용이 가능하다. 좀 더 개량된 배터리와 태양전지를 만들어낼 수 있으며 섬유소(cellulose)파괴 촉진 효소를 함유한 생물막은 농업폐기물을 바이오연료로 변환하는데 사용될 수 있다. 가능성은 무한하다. 이 생물질로 가구를 만들 수도 있다. 그런 기구들은 전통적인 무생물질들엔 절대 불가능한 환경적응능력을 갖고 있다.
듀크대(Duke University)의 생의학부문 조교수인 유링총(Lingchong You)은 “합성생물학과 물질공학의 대통합을 상징하는 아주 환상적인 결과물”이라고 평가했다.
MIT 연구팀은 원초적 구조들을 구축하기 위해 생물막을 만들어내는 대장균의 자연적 능력을 극대화했다. 금나노입자를 혼합물에 추가한 것은 아주 훌륭한데, 이 세포들은 전기를 생산하는 나노와이어 묶음을 형성했다. 무엇보다 중요한 것은 이렇게 개발된 물질들은 주위 환경에 반응할 수 있다는 점이다. 루 교수는 레지스터(The Register 1994년 만들어진 영국의 기술뉴스 및 오피니언 사이트)에 ‘앉아있는 사람의 자세에 따라 변형되는 살아있는 의자를 만들었으면 한다’고 밝히기도했다. 이와 비슷한 아이디어는 무한하게 나오게될 것이다.
참고 :
http://www.theregister.co.uk/2014/03/23/mit_makes_living_couch_from_ecoli_bacteria/
http://www.mnn.com/green-tech/research-innovations/stories/scientists-create-living-materials-using-e-coli
http://www.engadget.com/2014/03/24/mit-pioneers-living-materials-for-self-aware-chairs/