거미줄 섬유

[12-3희윤맘(39-2-7)]

≪ 강철보다 강한 ‘거미줄 섬유’ 기술 개발 ≫ <앵커 멘트> 거미줄이 같은 굵기의 강철보다 훨씬 더 튼튼하다는 사실, 알고 계십니까? 국내 연구진이 거미가 거미줄을 만들어내는 방식을 모방해 고성능 섬유를 생산하는 기술을 개발했습니다. 김동진 기자의 보도입니다. <리포트> 거미는 먹이를 잡거나 알을 보호하기 위해 몸 안에 있는 실크 단백질로 거미줄을 만들어 냅니다. 굵기는 100분의 2밀리미터 정도지만 강도는 같은 굵기의 강철보다 무려 5배나 높습니다. 카이스트 연구팀은 거미의 몸 안에서만 만들어지는 실크 단백질을 인공으로 생산하는데 성공했습니다. 거미의 단백질 유전자를 특정 대장균 속에 넣어 실크 단백질을 만든 뒤 인공 거미줄까지 만들어냈습니다. <인터뷰>이상엽(교수) : "거미줄을 만드는 실크 단백질을 보니 30개 정도의 아미노산이 반복돼 있다는 것에 착안한 것이죠. 거미가 거미줄을 뽑아내는 과정과 유사한 방법으로 뽑아냈습니다." 해외에서도 실크 단백질 연구가 진행돼 왔지만 실용화 수준의 기술 개발은 국내 연구진이 처음입니다. 연구팀은 거미를 모방한 이 생산기술을 기반으로 앞으로 대량 생산도 가능할 것으로 보고 있습니다. 인공 거미줄 섬유는 군 장비와 의료 산업 등 활용도가 높습니다. 이번 연구 결과는 세계적 학술지인 미국 국립과학원 회보 온라인 판에 실렸습니다. [출처: KBS 뉴스 2010.07.28] [생활의 지혜 자료 모음/ 약초연구가 전동명] ※ 참고 조선시대때 거미줄을 가지고 이미 섬유를 만든 전설이 있었습니다. 왕실에서 대단히 아끼는 보물이었는데, 그 내용인 즉 "그리고 만산장이라는 것은 거미줄을 모아서 그것을 고운 물감으로 채색해서 짠 휘장이었다. 거미줄을 모아서 짰다는 것도 신기한 일이었다. 그런데 더욱 신기한 것은 마음대로 늘어나기도 하고 줄어들기도 해서 아무리 큰 물건이라도 마음대로 덮을 수가 있으며, 또 아무리 작은 것이라도 역시 마음대로 덮을 수가 있는데 비가 와도 새지 않는 신기한 물건이었다." 좀더 자세한 내용을 보시려면 이글 위쪽의 링크를 마우스로 클릭하여 참조해 보시기 바랍니다. 거미줄에 대해 에서는 이러한 기사가 있습니다. [거미는 지구상에서 곤충에 이어 가장 종류가 많은 생물이다. 4만종의 대집단으로 번성한 거미는 해충을 잡는 기막힌 거미줄 묘기로 인간에게 큰 도움을 준다. 하지만 거미가 번지점프, 사냥, 먹이 포박, 고치 만들기, 비행 등을 위해 무려 9가지나 되는 거미줄을 만들어낸다는 사실은 잘 알려져 있지 않다. 단국대 문명진 교수(생물학)는 왕거미의 몸을 전자현미경으로 정밀 분석해 이 거미가 어떻게 해서 이처럼 다양한 거미줄을 만들어내는지 밝힌 논문을 한국곤충학회지, 한국생물과학회지에 발표했다. 문 교수가 연구한 왕거미는 매일 체중의 10%에 이르는 거미줄을 뱃속 실샘에서 액체로 만들어낸다. 거미가 이 액체를 배의 꽁무니에 있는 3쌍의 실젖을 통해 뿜어내면 고체 상태가 되는 데 이것이 바로 거미줄이다. 거미는 매일 새 그물을 친다. 먼저 나무나 풀 위에 올라가 번지점프를 하면서 자전거 바퀴살 모양의 골격을 만들고 그 위를 뱅글뱅글 돌면서 동심원 모양의 포획사를 친다. 그리고 하루가 지나면 거미줄을 싹 먹어 치워 알뜰살뜰 재활용까지 한다. 문 교수는 “번지점프용 줄은 병상선이라는 실샘에서 나오는 데 단위 굵기로 비교한다면 강철은 물론 인류가 만든 가장 강한 섬유인 케블라 섬유보다도 훨씬 강도가 높다”고 말한다. 이 때문에 미국 해군은 낙하산 줄이나 방탄조끼에 필요한 강력한 섬유를 만들기 위해 이 거미줄을 연구 중이며 몸 속에서 분해되는 수술용 봉합사를 만드는 연구도 진행 중이다.] 거미에 대해 <(주) 경방>의 홈페이지에서는 이러한 사실을 알려주고 있다. [섬유상식 : 거미줄과 생명공학의 만남, 바이오스틸 거미(Spider, 학명 : Araneae)는 거미강(Arachnida), 거미목(Araneae)에 딸린 절지동물들을 말한다. 자신들의 생활에 있어 ‘실’을 이용하는 동물은 거의 없다. 그렇지만, 거미는 자신이 만들어낸 실로 그물과 집을 만들어 곤충을 포획하여 묶어놓기도 하고, 알을 감싸서 보존하기도 하며, 실을 따라 걷고 이동하기도 한다. 그물 하나를 만들어내는 데 필요한 거미줄 길이는 대략 20미터 정도. 아침이슬을 지탱하는 것도 힘들어 보이지만, 실제로는 주인인 거미 몸무게의 4천 배를 지탱할 수 있을 만큼 튼튼하다. 거미는 실을 공중에 뿜어내어 공중을 날아 자리를 옮기고, 점성물질이 있는 거미줄로 그물에 걸린 곤충을 꼼짝 못하게 만들기도 한다. 그렇지만 정작 그곳에 사는 거미는 달라 붙지않는, 즉 점성이 없는 또 다른 실을 분비해 길을 만드는 등 ―집주인인 거미는 그물 안에서 끈끈한 줄과 건조한 줄을 본능적으로 알고 평소에 잘 피해다니지만, 실수로 끈끈한 줄에 붙어버리면, 거미라 할지라도 곤충과 같은 신세가 되고 만다.― 사용 목적에 따라 여러 종류의 실을 뽑아내, ‘실을 엮어서 살아가는 세계’를 영위하는 지구상에서 가장 번성한 동물 중의 하나이다. : 강철보다 튼튼하고 나이론보다 질긴 거미줄 거미에게 가장 강력한 생존의 도구인 이 거미줄을, 거미 한 마리(예를 들면, 무당거미)가 연속으로 만들어 낼 수 있는 길이는 무려 700m가 넘는다. 거미에 따라서 자신이 이미 만들어 놓은 거미줄(망)을 먹어서 다시 실로 환원시키기도 하므로, 단순히 효율을 비교하기에는 어려운 점이 있지만, 누에가 동일조건에서 만들어 내는 1,500m에 비교해 보아도 상당한 수준이다. 그 굵기 또한 매우 가늘고 필라멘트사와 마찬가지로 균일한 상태를 유지하는데, 일반적으로 왕거미의 줄은 지름이 0.0003mm로 일반 견사 지름의 1/10에 불과하다. 강력은 같은 지름을 가진 강철보다 5배 이상 강하고 나일론보다 질기며 실크처럼 부드럽다. 복원력이 뛰어나 나일론보다 탄성이 2배나 좋으며 끊어질 때까지 몇 배나 늘어난다. 나일론의 신축성이 16%인데 반해 거미줄은 31%나 된다. 또한, 공기가 잘 통하면서도 수분이 침투하지 못하는 특성이 있다. 거미줄을 섬유로 사용한 예로는 1709년 프랑스의 유명학자인 쌩띨레르가 양말과 장갑을 짰고, 당시 만국박람회에 출품되었던 일은 잘 알려진 일화이다. 이에 착안하여 학술원에서 옷감 제직을 연구하였으나 ―사우 여러분께서도 상상하실 수 있는 내용이지만―, 옷 한 벌을 만들기 위해서는 어른 거미가 1분에 5～6 피트의 거미줄을 분비한다고 할 때 5천 마리의 거미가 수명을 다 할 때까지 뽑아내는 실을 다 모아야 한다는 점과 너무 가늘다는 점때문에 연구를 중단했다고 한다. 또한 거미는 육식동물이고 상당히 공격적이어서 대량 사육이 곤란하고, 누에처럼 모아놓고 생산한다고 해도 비용면에서 누에의 경우보다 수 천 배를 넘을 것으로 보고있다. 하지만 누에 실크와는 전혀 다른 특성이 있고, 새로운 소재로서 매력이 커서 근년에는 유전공학 차원에서의 연구가 미국과 일본을 중심으로 진행되고 있으며, 생명공학(Bio-Technology)의 소재로서 주목받기 시작하였다. 이러한 측면에서 자연에 존재하고 있는 다른 유기체와의 유전자 변환 기술로 대량생산이 가능할지에 관한 연구가 계속되고 있는데, 독일의 한 연구팀에서는 거미 실의 유전자를 조사하여 그것을 몇 종의 식물에 이식해 보았다. 특히 감자에서 전체 단백질 질량의 2% 정도에 해당되는 거미줄 단백질(거미실크)을 얻을 수 있었다. 이러한 유전자 변환기술을 이용해 거미 단백질를 얻고자 하는 시도로서, 거미의 유전자를 박테리아에 이식시키는 실험도 있었다. 그렇지만, 이를 위해서는 박테리아 배양에 고가의 비료를 사용해야 하기 때문에 비용면에서 유효한 수단이 될 수는 없었다. : 염소젖에서 추출하는 거미실크 가장 유력한 방법은 염소의 젖을 이용한 것으로 이는 개발 초기단계부터 매스컴에서도 일제히 보도한 바 있다. 거미의 방사샘과 염소의 유선(乳腺)이 생물학적으로 비슷한 것에 착안하여 캐나다의 한 생명공학회사가 거미줄 유전자를 염소의 배아에 이식해, 염소의 젖에서 거미줄 단백질을 추출한 것이다. 이 단백질에서 불순물을 제거한 뒤 압축하면 인공 거미줄 섬유가 만들어진다. 거미실크를 이용한 섬유로 총탄에도 파괴되지 않을 만큼 튼튼하면서도 매우 가벼운 직물(fabric)을 개발할 수 있다고 한다. 바이오스틸(BIOSTEEL)이라고 부르는 이 거미실크는 강도가 매우 뛰어나 힘줄, 인대, 뼈를 고정시키는 수술용 봉합사로도 이용이 가능할 것이며, 방탄복·낙하산 등의 군사용품에도 사용 가능할 것으로 보고 있다. 이번 연구의 현재까지의 진행 상태는 매우 양호하지만, 아직까지는 초기단계라고 할 수 있다. 본격적으로 신소재 섬유 개발에 필요한 충분한 양의 유전자 변환 염소를 확보하는 데는 약 1년 정도의 시간이 더 필요하기 때문이다. 이를 계기로 염소뿐만 아니라 다른 포유동물의 세포를 이용하여 거미실크를 다량생산하고자 하는 첨단 바이오 산업의 길도 열리게 되었다. 거미줄의 놀라운 변신을 눈여겨볼 일이다. ※ 출처 : Nature Science Update, www.eurekalert.org, 월간 <지구촌>, 일본 <농림수산기술정보협회 곤충관>, 일본 <알고싶은 과학탐험대>]