홍승훈 교수 연구팀은, 농업생명과학대 권형욱 교수팀과의 공동연구를 통해, 꿀벌의 미각에 있는 미각 수용체 단백질의 작용을, 탄소나노튜브로 이루어진 트랜지스터를 이용하여 실시간으로 측정하는 기술을 연구하였다. 또한, 이러한 측정 기술을 기반으로 감칠맛을 내는 물질(umami tastant)을 실시간으로 검지할 수 있는 바이오전자 미각 센서를 개발하였다. 감칠맛(umami taste)은 인간의 5가지 기본 맛의 하나로, 조미료의 주성분인 MSG 등이 인간에게 감칠맛을 느끼게 해주는 것으로 알려져 있다. 이번 연구에서는, 꿀벌의 더듬이에서 감칠맛 물질과 결합하는 미각수용체 단백질을 추출하여 이를 포함하고 있는 구형태(spherical shape)의 나노베시클(nanovesicle)을 만들고, 이를 탄소나노튜브 트랜지스터 표면에 고정하였다. 감칠맛 물질이 나노베시클에 있는 미각수용체와 결합할 경우, 나노베시클 내의 총 전하량이 변하고 이러한 변화는 탄소나노튜브 채널에 전계효과를 야기해 채널의 전류가 변하게 된다. 따라서 전류 변화를 측정함으로써, 감칠맛 물질이 미각수용체에 결합하는 작용을 측정할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 소자를 이용하여 치킨스프 등 음식물에 포함된 조미료 물질(MSG)을 검지할 수 있었다. 또한 이러한 측정방법을 이용하여, 생체 내에서 5’-이노신산이나트륨 등의 물질이 MSG 등의 감칠맛 물질의 작용을 증진하는 과정도 연구하였다. 본 연구는 꿀벌 등 동물의 단백질 작용을 측정하는 새로운 측정 방법을 개발하였다는 면에서 의의가 깊다. 또한, 개발된 바이오전자 미각 센서의 경우, 현재까지 정량적인 측정이 어려웠던 “맛”이라는 인간의 감각을 정량적으로 측정할 수 있게 해주어, 장차 인간의 미각 작용에 대한 연구 뿐 아니라 음식물평가와 안전관리 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

Abstract: We report a floating electrode-based bioelectronic tongue mimicking insect taste systems for the detection and discrimination of umami substances. Here, carbon nanotube field-effect transistors with floating electrodes were hybridized with nanovesicles containing honeybee umami taste receptor, gustatory receptor 10 of Apis mellifera (AmGr10). This strategy enables us to discriminate between L-monosodium glutamate (MSG), best-known umami tastant, and non-umami substances with a high sensitivity and selectivity. It could also be utilized for the detection of MSG in liquid food such as chicken stock. Moreover, we demonstrated the synergism between MSG and disodium 5’-inosinate (IMP) for the umami taste using this platform. This floating electrode-based bioelectronic tongue mimicking insect taste systems can be a powerful platform for various applications such as food screening, and it also can provide valuable insights on insect taste systems.

Authors: Minju Lee(서울대), Je Won Jung(서울대), Daesan Kim(서울대), Young-Joon Ahn(서울대), Seunghun Hong(서울대)*, and Hyung Wook Kwon(서울대)*

ACS Nano, 2015, 9 (12), pp 11728-11736
Publication Date (Web): November 12, 2015
DOI:10.1021/acsnano.5b03031
http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5b0303