4세대 방사광가속기·머신러닝 이용 3차원 구조 복원
생체 거대분자·바이러스 구조 파악 연구에 적용 기대
연구팀은 4세대 방사광가속기로 바이러스와 성질이 비슷한 나노입자의 입체(3D) 구조를 영상화하고, 이를 복원하는 데 성공했다고 최근 밝혔다.
공동 연구를 수행한 송창용 포항공대 물리학과 교수 연구팀에 따르면 나노입자는 자연적인 입자들에서 나타나지 않는 특이한 성질을 가지고 있으며, 3차원 구조의 설계와 내부 구성물질에 따라 입자의 물리·화학적 성질을 조절할 수 있는 특징이 있다.
나노입자와 바이러스의 공통점은 주기적으로 배열된 결정이 아닌 나노미터(nm) 수준의 독립적인 입자의 형태로 존재하고, 구조가 완벽히 같지 않다는 것이다.
개별 입자의 구조는 물론 수천∼수십만개의 입자가 가진 구조의 분포를 통계적으로 분석할 수 있어야 하는데, 기존 전자현미경은 전자의 투과 깊이가 짧아 시료 크기에 제한이 있고, 엑스선은 시료가 손상될 수 있어 충분한 분해능을 얻기 어려웠다.
연구팀은 ‘찰나의 빛’으로 불리는 엑스선 자유전자 레이저(XFEL, 포항 4세대 방사광가속기)를 활용해 이러한 한계를 극복했다.
4세대 방사광가속기와 머신러닝을 이용해 수천개의 나노입자가 가지는 3차원 구조를 복원했다.
나노입자를 크게 4가지 모양으로 분류할 수 있었고, 그중 약 40％ 입자들이 유사한 구조임을 확인했다.
송창용 교수는 “이번 연구 결과를 바탕으로, 분자들이 완벽하지 않은 결정이나 규칙적이지 않은 정렬로 돼 있는 비결정 바이러스 개체의 3차원 구조도 관측할 수 있게 된다”며 “여기에 머신러닝을 통한 3차원 이미지 복원 알고리즘이 더해져 살아 있는 생체의 거대분자나 바이러스의 구조에 대한 연구에도 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.
/이바름기자 bareum90@kbmaeil.com
