희귀 고산 식물 ‘디아펜시아 라포니카’서 10종 이상 페놀 화합물 구조 규명 SC-XRD 및 MicroED 기술 활용해 기존 대비 100분의 1 크기 결정으로도 분석 가능
고산 지대의 척박한 환경을 견디며 자라는 희귀 식물의 화학적 성분을 극소량의 샘플만으로도 정확히 분석할 수 있는 길이 열렸다.
도쿄농공대학 대학원 및 국립자연과학박물관 소속 히라노 휴가 연구원을 비롯한 공동 연구진은 최근 미량 분석 방법을 개발해 고산 식물인 ‘디아펜시아 라포니카(Diapensia lapponica)’의 꽃 샘플로부터 10종 이상의 페놀 배당체 구조를 규명하는 데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 지난 2월 22일 국제 학술지 ‘분자 구조 저널(Journal of Molecular Structure)’ 온라인판에 게재됐다.
한계 극복한 미량 분석 기술의 승리
고산 식물은 강한 자외선과 저온 환경에 적응하기 위해 특유의 페놀 화합물을 합성한다. 이는 유용한 천연자원으로 가치가 높지만, 식물의 크기가 매우 작고 법적·윤리적 이유로 채집이 엄격히 제한되어 있어 충분한 연구 샘플을 확보하는 데 큰 어려움이 있었다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 단결정 X선 회절(SC-XRD)과 미세 결정 전자 회절(MicroED) 기법을 도입했다. 이 기술을 활용하면 기존 분석법에 필요한 결정 크기의 약 100분의 1 수준만으로도 정밀한 구조 규명이 가능하다. 연구진은 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)와 사중극자 비행시간 질량분석(QTOF-MS)을 병행해 미량 성분을 분리·정제하고 분자량을 확정 짓는 과정을 거쳤다.
고산 식물의 적응 메커니즘 확인
분석 결과, 디아펜시아 라포니카의 꽃에는 항산화 활성과 건강 증진 효과가 기대되는 케르세틴 배당체 등 다양한 플라보노이드 성분이 포함된 것으로 나타났다.
앞서 연구팀은 ‘생화학적 계통분류 및 생태학(Biochemical Systematics and Ecology)’에 게재된 관련 연구를 통해 해당 식물의 잎에서도 자외선 보호에 기여하는 화합물을 발견한 바 있다. 특히 지역별로 성분 축적 양상이 다르다는 점을 확인하며 고산 식물의 계통학적 특성과 환경 적응 메커니즘을 심도 있게 파악하는 성과를 거뒀다.
제약·농업 등 다양한 분야 활용 기대
이번에 확립된 분석법은 식물학을 넘어 물리학, 농업, 제약 과학 등 미활용 자원 탐색이 필요한 여러 산업 분야에 폭넓게 적용될 전망이다. 연구팀은 향후 일본 고유종 및 멸종위기종 등 더욱 희귀한 식물종으로 분석 대상을 확대할 계획이다.
연구진은 “이번 성과는 샘플 확보가 어려운 극한 환경 생물 자원의 구조 분석에 새로운 이정표를 제시한 것”이라며 “기초 연구는 물론 신약 개발 등 응용 연구를 위한 중요한 기초 정보를 제공할 것으로 기대한다”고 강조했다.
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기자
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