본문내용
1. 생물발광의 이용
1.1. 의료 분야의 활용
의료 분야에서 생물발광을 활용할 수 있는 방안이 다양하게 모색되고 있다. 우선 MRI, CT와 같은 방사성 원소나 자기장을 이용한 분자영상기법의 한계를 극복할 수 있는 발광영상이나 형광영상 기술에 대해 탐구할 수 있다. 또한 발광 박테리아를 이용하여 인체에 유해한 외부 반응을 빠르게 탐지하고 암세포의 분포도와 전이 방법을 알아볼 수 있는 방법을 모색할 수 있다.
분자영상기술력과 연계되어 생명공학에 더욱 유용하게 활용될 수 있다. 녹색형광단백질(GFP)을 가진 해파리의 광발광 특성을 이용하여, 유전자 재조합 기술로 GFP를 발현시킨 발광 박테리아를 만들 수 있다. 이를 항체와 결합시켜 암과 같은 항원에 결합시킬 수 있다. 이로써 항원에서 지속적으로 영상신호를 방출하여 항원을 분자수준적으로 관찰할 수 있게 된다.
또한 발광 박테리아를 이용하여 암 전이에 대한 연구가 가능하다. 표적물질을 암 세포로 하여 암 세포의 분포와 전이에 대해 관찰할 수 있다. 수술 시에도 종양의 경계를 광학영상으로 더욱 정확하게 구분할 수 있어 효과적인 수술이 가능하다.
반딧불이의 루시페린과 루시페라제를 이용한 종양 치료 기술도 연구되고 있다. 종양에 루시페라제를 발현시키고, 종양을 죽이는 TRAIL을 분비하는 줄기세포에 루시페라제를 발현시켜 이식한 후 루시페린을 주입하면, 줄기세포가 종양 주위로 이동하여 TRAIL을 분비함으로써 종양을 효과적으로 치료할 수 있다. 이와 같이 생물발광 기술은 다양한 의료 분야에서 새로운 가능성을 제시하고 있다.
1.2. 환경 분야의 활용
발광 박테리아로 에너지 전환 효율이 낮은 백열 전구를 대체할 수 있고 LED의 빛 공해를 해결해 줄 수 있는 친환경 램프를 만들 수 있다. 발광 박테리아로 토양이나 수질의 오염도를 검사할 수 있는 방법을 모색할 수 있다. 이처럼 생물발광은 친환경적인 방식으로 활용될 수 있다.
생물발광의 에너지 전환 효율은 매우 높아 백열전구가 전기에너지의 10%만 빛으로 방출하고 나머지는 열로 빠져나가는 데에 비해 90%가 가시광선으로 바뀐다. 또한 녹색 형광 단백질의 경우에는 빛 공해가 없어 LED의 빛 공해를 해결할 수 있다. 따라서 에너지 전환 효율이 높고 LED의 빛 공해를 해결할 수 있는 친환경적인 램프를 만들 수 있다.
바이오센서를 이용하여 토양이나 수질 오염 시 발광하는 생물을 개발할 수 있다. 이를 통해 독성 바이오센서를 물고기나 식물에 주입시켜 수질과 토양의 오염도를 측정 및 관리할 수 있다. 이처럼 생물발광은 환경 오염 측정에도 활용될 수 있다.
따라서 발광 박테리아를 이용한 친환경 램프 개발과 오염 측정용 바이오센서 개발 등 생물발광은 환경 분야에서 다양하게 활용될 수 있다. []
1.3. 생물발광의 분류
생물발광에는 크게 광발광과 화학발광으로 나뉘는데, 광발광의 경우 외부의 자극으로 인해 높아진 에너지 준위가 다시 원 상태로 돌아가기 위해 빛을 냄으로써 에너지 준위가 낮아지는 원리이다. 이에 대한 예시로는 해파리의 녹색 형광 단백질(GFP)이 있다. 이에 반해 화학발광은 보통 발광물질이 산소와 반응하여 옅은 노랑이나 황록색으로 보인다. 예시로는 반딧불이의 루시페린과 산소와의 반응, 루미놀과 과산화수소의 반응, 물리적 충격에 의해 빛을 내는 야광충, 세포 밀집도에 의해 빛을 내는 하와이 밥테일이라는 오징어 등이 있다.
2. 발광 분자영상기술
2.1. 형광영상법
형광영상법은 세포, 조직, 또는 생체 내의 형광물질이 외부에서 조사한 빛을 흡수한 후 흥분되어 좀 더 긴 파장의 빛을 방출할 때 이를 감지하여 영상화하는 방법이다. 방사성을 이용하지 않으므로 손상이 없어 장기간 또는 반복적으로 영상획득이 필요한 경우에 부담이 훨씬 ...
1
2
3
4
5
6
7
8
9