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강철보다 강한 거미 실크: 스파이더맨 따라 잡기 목록

조회 : 5930 | 2010-08-10

국내 연구진 초고분자 거미 실크 생산 성공
거미 실크를 아십니까? 지난달 말 교육과학기술부는 획기적인 사실을 한 가지 발표했습니다. 세계 최초로 초고분자량의 거미 실크 단백질을 생산할 수 있게 되었다는 것인데요, 이는 KAIST 이상엽 특훈교수와 서울대 박영환 교수가 이끄는 공동연구팀의 연구 성과입니다. 과학계에서는 꽤 오랫동안 거미 실크 생산에 대한 연구를 계속했습니다. 그러나 글리신이라는 특정한 아미노산이 반복적으로 들어 있는 거미 실크 단백질을 그대로 만들어내는 것은 무척 어려운 일이었습니다. 이상엽 교수와 박영환 교수의 연구팀은 이 문제를 극복하기 위해서 특별히 글리신을 복제할 수 있게 유전자를 조작한 대장균을 개발했습니다. 그리고 이 대장균을 이용하여 글리신의 반복단위수가 세계 최고 수준인 거미 실크 단백질을 만들어내게 되었습니다. 거미 실크 단백질은 섬유로써 아주 우수한 성능을 가지고 있기 때문에 많은 분야에서 널리 쓰일 수 있습니다. 이 결과를 바탕으로 우리나라가 특수 섬유 생산을 선도할 수 있으리라 기대해봅니다.



*알아보기*
- 거미란 무엇인가요?
- 거미 실크란 무엇인가요?
- 거미 실크로 무엇을 할 수 있나요?




거미란 무엇인가요?
거미인간 스파이더맨을 기억하십니까? 손바닥에서 강력한 거미줄을 뿜어내어 어디든 원하는 곳으로 옮겨 다니는 영웅 스파이더맨 말입니다. 스파이더맨처럼 활약하는 자신의 모습을 그려보며 어린 시절에 한 번쯤 상상의 나래를 펴보지 않은 사람은 없을 것입니다. 하지만 안타깝게도 스파이더맨은 실존 인물이 아니라 만화와 영화에서만 존재하는 ‘슈퍼 히어로’일 뿐이지요. 그에 반해 거미는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있습니다. 나무나 풀 같은 식물이 있는 곳은 말할 것도 없고, 때로 건물 안에서도 심심찮게 거미를 만날 수 있습니다. 거미의 종류는 무려 3만 종이 넘을 정도로 무척 다양합니다. 그 가운데 우리나라에 서식하는 거미는 약 600여종이 있다고 합니다. 거미의 크기는 길이가 0.5mm인 것부터 9cm 정도 되는 것까지 있는데, 가장 크기가 큰 것은 타란툴라 종류입니다. 거미는 생태에 따라서 분류되기도 하는데, 여러 곳을 돌아다니지 않고 한 곳에 머물러 사는 정주형과 떠돌아다니며 사는 배회형(떠돌이형)이 있습니다. 또 거미줄을 그물 모양으로 치는 그물치기형과 그렇지 않은 것으로 나누어지기도 합니다.


(사진) 어느 박물관에 있는 스파이더맨 모형 (cc) by Lanpernas 2.0




거미는 거미목 거미과에 속하는 절지동물인데요, 한때는 거미를 곤충으로 생각한 적도 있다고 합니다. 하지만 다리가 6개인 곤충과는 달리 거미는 8개의 다리를 가지고 있습니다. 또 곤충은 머리·가슴·배, 이렇게 세 부분으로 나누어지는데 반해서 거미는 머리와 가슴이 하나로 되어 있는 머리가슴과 배, 두 부분으로 나뉩니다. 거미는 암컷과 수컷이 짝짓기를 한 후 수정된 알을 낳아 부화시키는 방법으로 번식하고 종족을 보존합니다. 거미는 갓 태어난 애거미라 할지라도 어른 거미와 같은 모양이며 8개의 다리를 가지고 있습니다. 곤충이 대부분 탈바꿈(변태)을 하는 것과 달리 거미는 탈바꿈을 하지 않기 때문입니다. 애거미일 때는 집단으로 어미 옆에서 살다가 어른이 되면 대부분 독립해서 혼자 생활하는데, 주로 곤충이나 작은 동물을 잡아먹습니다. 그렇다고 거미가 먹이가 되는 동물을 입으로 씹어 먹거나 체액을 빨아 먹지는 않는다고 합니다. 대신 엄니라는 것을 먹이의 몸에 꽂는데, 이때 거미의 독샘에 있던 독이 먹이에게 흘러들어가 먹이가 된 동물을 죽입니다. 그러고는 그 독으로 단백질을 분해하기까지 합니다. 사람이 섭취한 단백질이 몸 안에 있는 소화기관에서 소화되는 것과 다르게, 거미는 몸 밖에서부터 먹이를 소화하기 시작하는 것입니다.



거미 실크란 무엇인가요?
가끔은 길을 걷다가 보이지 않는 무언가가 얼굴, 목, 혹은 팔이나 다리에 걸릴 때가 있습니다. 그건 십중팔구 거미가 뽑아놓은 거미줄입니다. 뭐니 뭐니 해도 ‘거미!’ 하면 거미줄이 떠오릅니다. 그물모양으로 아주 멋지게 쳐놓은 거미줄에 아침이슬이 반짝이는 모습은 친숙한 풍경입니다. 그 거미줄 그물에 거미의 먹이가 될 벌레가 걸려 있는 모습도 자주 볼 수 있습니다. 우리가 주로 보게 되는 것은 그다지 크지 않은 먹잇감들입니다만 거미줄로 훨씬 큰 먹이를 잡을 수도 있다고 합니다. 새잡이거미는 이름처럼 새를 잡을 정도로 강력한 거미줄을 만들어낸다고 합니다. 십여 년 전에는 우리나라에서도 달걀 크기의 새가 거미줄에 걸려 있는 모습이 발견되기도 했다는군요. 자세히 보지 않으면 눈에 잘 보이지도 않을 정도로 가느다란 거미줄이 어떻게 그토록 강한 건지 신비할 따름입니다. ‘비록 스파이더맨이 될 수는 없더라도 거미줄이 가진 뛰어난 성능만이라도 이용할 수는 없을까?’ 고민하던 과학자들은 거미줄의 성분과 구조를 분석하고 모방하는 것에 관심을 기울이기 시작했던 것입니다.








(사진) 거미가 열심히 거미줄을 치고 있는 모습 (cc) by kadavoor




거미줄 중에서도 가장 튼튼한 것은 거미가 집의 골격을 만들거나 낙하할 때 쓰는 ‘드래그라인’인데, 드래그라인의 성분이 거미 실크입니다. 누에의 실샘에서 나오는 단백질 섬유를 실크라고 하듯이 거미가 뽑아내는 단백질 섬유라는 뜻으로 거미 실크라고 부르는 것입니다. 거미 실크는 강도가 강철의 다섯 배나 될 정도로 강합니다. 강하기만 한 것이 아니라 탄력성까지 뛰어납니다. 거미 실크가 질기고 강한 성질과 탄력성을 갖는 구조를 번갈아 가지고 있어서입니다. 지금까지 만들어진 섬유 중에서 가장 강력하고 탄력성이 좋은 케블라보다 거미 실크의 강도와 탄력성이 우수합니다. 그렇기 때문에 거미 실크를 대량으로 만들 수 있는 방법을 찾는 것이 과학자들의 숙제였습니다. 누에를 키워서 실크를 만들어내는 것처럼 거미를 키워서 거미 실크를 생산하면 될 것이라 생각할 수도 있습니다. 아쉽지만 그 방법은 쓸 수가 없습니다. 거미는 누에와 달라서 몇 겹으로 겹치게 모아 놓고 평화롭게 사육할 수가 없습니다. 거미는 같은 종의 거미라도 자기 구역을 침범하면 잡아먹을 정도로 공격적이거든요. 그렇다고 플라스크 안에서 인공적으로 합성할 수도 없습니다. 그러기엔 구조가 너무 복잡하거든요. 그래서 생각해낸 것이 유전자를 이용하는 방법입니다. 그동안 여러 나라에서 염소젖이나 담배와 감자 등에 거미 실크 유전자를 주입하는 방법을 써서 인공적으로 거미 실크를 만들어내는 노력을 꾸준히 해왔습니다. 하지만 첫 문단에서도 이야기했듯이, 천연 거미 실크와 완벽하게 같은 것을 만들기는 어려웠습니다. 이제 우리 과학자들이 지금까지 만들어진 것 중에서 최고 수준의 거미 실크를 만드는 데 성공했다고 하니 대량 생산으로 이어지기를 기대해봅니다.








(사진) 거미 실크를 대량 생산하면 방탄 조끼 등의 소재로 쓸 수 있다 (cc) by uberzombie



거미 실크로 무엇을 할 수 있나요?
거미 실크를 이용할 수 있는 곳은 셀 수 없을 정도로 많습니다. 지금까지 가장 강한 섬유로 쓰이고 있는 케블라 대신 거미 실크를 이용할 수 있습니다. 또 케블라를 생산하는 과정에서 분해가 어려운 여러 가지 폐기물이 생겨나는데, 거미 실크를 이용하면 케블라의 이런 단점까지도 보완할 수 있습니다. 그렇다면 케블라는 어디에 쓰이고 있을까요? 강도와 탄성이 뛰어나기 때문에 방탄복에 쓰이는 케블라는 펜싱 재킷에도 쓰인다고 합니다. 1980년대에 한 펜싱 선수가 부러진 칼날이 마스크 안으로 들어오는 바람에 찔려 결국 사망했습니다. 부러진 칼날로부터 선수를 보호하기 위해서 강한 섬유로 만든 재킷이 필요한데, 이 때 쓰이는 것이 케블라인 것입니다. 화성 탐사 쌍둥이 로봇 스피릿과 오퍼튜니티를 아시지요? 두 로봇이 화성 표면에 무사히 안착할 수 있도록 해준 낙하산과 에어백의 소재가 바로 케블라였습니다. 쇼트트랙용 스케이트화의 뒤꿈치, 소방관들의 방화복, 심지어 열기구에 이르기까지, 강하고 질긴 소재가 필요한 곳에 케블라가 두루 쓰이고 있는 것입니다. 과학자들은 이에 더해 거미 실크가 생체 안에도 쓰일 수 있을 것이라 예측하고 있습니다. 강도만 높은 것이 아니라 생체조직처럼 단백질 구조를 갖고 있기 때문입니다. 물론 생체 안에서 거부 반응이 일어날 수도 있으므로 실제로 이용하기 전에 우선적으로 철저히 검증하는 과정이 필요합니다.
앞으로 연구에 더 좋은 결실이 생겨서 거미 실크가 우리들의 삶을 더욱 안전하고 편리하게 만들어주기를 기대해봅니다.




(사진) 케블라는 펜싱 재킷 소재로도 쓰인다 (cc) by wisze



*오늘의 중요 용어정리
[거미]
거미목 거미과에 속하는 절지동물을 말한다. 여덟 개의 다리를 가지고 있으며, 몸체는 머리가슴과 배, 두 부분으로 이루어져 있다. 알을 낳아 번식한다.

[거미 실크]
거미줄을 이루고 있는 성분이다. 단백질의 일종으로 강도가 높은 구조와 탄성이 좋은 구조를 번갈아 가지고 있다. 가장 강한 인공 섬유인 케블라보다 강도와 탄성이 뛰어나다. 과학자들이 거미 실크를 만드는 방법에 대해 꾸준히 연구하고 있다.

[케블라]
미국 듀폰사가 개발한 인조 섬유. 방향족 폴리아미드 섬유로써 강도와 탄성이 뛰어나기 때문에 보강재·방탄재 등으로 사용된다.



*더 찾아보아요.
☆ 책으로 읽어보아요.

- 과학공화국 생물법정 3권 - 정완상 지음, 자음과모음

- 놀라운 거미 - 데이비드 조지 고든 지음, 대교출판

- 역사를 바꾼 17가지 화학 이야기 1 - 페니 르 쿠터, 제이 버레슨 지음, 사이언스북스



*한걸음 더!
☆ 우리 주변의 거미를 관찰해보고 거미의 습성에 대해서 더 자세히 알아보세요.

☆ 여러 가지 섬유의 종류를 알아보고, 합성섬유 발명 역사에 대해서 자세히 알아보세요.








주제!
동물 ,생물
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