(The mussels’ beards (which cooks remove before preparing them) are made up of byssal threads and are used to help keep the mussels tethered in place. At the end of each thread is a disc-shaped plaque that acts as an underwater glue. The unusual qualities of the glue and the byssal threads have interested people since ancient times, when the threads of certain species were woven into luxurious berets, purses, gloves, and stockings. More recently, scientists have developed underwater adhesives and surgical glues inspired by byssal thread chemistry. The identification of the mechanisms involved in creating the glue should advance work in this field. Credit: Tobias Priemel)
홍합은 밀물과 썰물이 거센 지역의 바위에 단단히 붙어 평생을 살아갑니다. 그런데 사실 이는 놀라운 일이 아닐 수 없습니다. 짠물이 끊임없이 세차게 흐르는 환경에서 접착제를 분비하더라도 제대로 붙지 않고 씻겨 나가는 게 일반적인 상식이기 때문입니다. 과학자들은 이런 환경에서도 놀라운 안전성을 보이는 홍합이나 따개비 같은 동물의 비밀을 파헤치고 이를 응용하기 위해 연구하고 있습니다. 수술 중 긴급 접착이나 지혈 같은 목적으로 응용할 수 있기 때문입니다.
맥길 대학의 토비아스 프리에멜 (Tobias Priemel)과 그 동료들은 홍합과에 속하는 지중해 담치 (Blue mussels (Mytilus edulis))를 이용해서 그 비밀을 생화학적으로 풀어냈습니다. 연구팀은 홍합의 내놓는 발에 있는 마이크로미터 크기의 채널을 분석했습니다. 홍합 세포에서 분비되는 접착제 단백질은 농축된 상태로 세포내 소포 (vesicle)에 있다가 한 번에 통로를 따라 분비됩니다. 이 때 흥미롭게도 철과 바나듐 같은 금속 이온이 함께 분비됩니다.
이 금속 이온은 홍합이 바닷물에서 흡수한 것으로 접착제 성질을 지닌 단백질이 2-3분 이내로 단단히 굳을 수 있게 도와줍니다. 따라서 물이 흐르는 환경에서도 순식간에 단단히 고정될 수 있습니다. 이 가운데 철은 그렇다고 해도 바나듐은 생물이 사용한다는 것 자체가 매우 의외인 금속입니다.
연구팀에 따르면 바나듐을 농축해서 사용할 수 있는 생물은 많지 않습니다. 원소 자체보다는 화합물들이 주로 독성이 있는데다 바닷물이 아니고서는 생물이 섭취할 수 있는 경우 자체가 드물기 때문입니다. 일부 해양 생물의 경우 바닷물에서 바나듐을 흡수해 농축하는 경우들이 있는데, 홍합처럼 의외의 목적으로 사용할지 모르겠다는 생각입니다. 참고로 바나듐은 철이나 티타늄 합금에 첨가되어 강도를 크게 높이고 기계적 성질을 좋게 만듭니다. 생체 접착제의 신속 접착에도 관여할 수 있다는 사실은 처음 밝혀지는 것입니다.
참고
바나듐 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3573773&cid=58949&categoryId=58982
https://phys.org/news/2021-10-mussels-powerful-underwater.html
Tobias Priemel et al, Microfluidic-like fabrication of metal ion-cured bioadhesives by mussels, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abi9702. www.science.org/doi/10.1126/science.abi9702
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