▒ 병원성 미생물을 모두 잡아 버리는 「똑똑한 나노튜브」바이오센서 개발

스페인 로비라바르힐리대학(Universityof Rovira i Virgili) 호르디 리우(Jordi Riu) 연구진이 파리 잡는 ‘끈끈이’처럼 용액 중에 존재하는 병원성 미생물을 모두 잡아 버리는 ‘똑독한 나노튜브’ 바이오센서 개발에 성공했다. 이 기술을 발전시킬 경우 의학용 감염검사나 식품공장 실시간 식중독균 검사 및 제거공정이 보다 효과적으로 수행될 수 있을 것으로 예상된다.



독일화학회에서 발행하는 응용화학(Angewandte Chemie International Edition)저널 최신호에 공개한 연구보고서에 따르면 탄소나노튜브 바이오센서를 이용하면 감염균검사에 2~3일 걸리던 것을 몇 초만에 확인할 수 있게된다고 한다. 하지만 리우 교수 연구진이 개발한 바이오센서는 티프스를 일으키는 살모렐라균(typhus-causing Salmonella typhi bacteria)균에 대해서만 유효성이 확인되었을 뿐이고, 다른 균에 대해서는 아직 그 작동원리만 확인되었을 뿐 유효성이 검증된 상태는 아니다.

기존의 감염균검사는 시간도 많이 걸리고 손도 많이가는 작업이지만, 탄소나노튜브 바이오센서를 이용하면 pH를 측정하듯이 매우 간편하게 순식간에 검사를 끝낼 수 있다. 탄소나노튜브 바이오센서가 이렇게 놀라운 성능을 나타내는 이유는 특정 균(박테리아)과 단단한 결합을 형성하는 성질을 가진 앱타머(aptamers) 가닥으로 코팅한 탄소나노튜브를 사용했기 때문이다. 앱타머는 특정 분자나 세포 또는 미생물과 강한 결합력을 가지도록 설계한 인공 DNA 또는 RNA 조각으로, 본 연구에선 살모렐라균에 특이성을 나타내는 앱타머가 사용됐다.

바이오센서를 살모렐라균이 존재하는 시료 용액에 담구면 앱타머와 살모렐라균이 결합하면서 탄소나노튜브의 전기전도도가 변하게된다. 이 변화를 검출기로 읽어 일련의 계산과정을 거치면 살모렐라균의 농도를 확인할 수 있다. 연구진이 사용한 앱타머와 살모렐라균의 결합 특이성은 매우 높아서 1 밀리리터(mL) 당 살모렐라균 1마리가 존재하는 정도의 낮은 농도에서도 살모렐라균 검출이 가능하다. 이는 감도가 매우 높다는 것을 의미한다.

이정도 수준의 검출속도라면 실시간 모니터링이 가능하다. 빠르고 정확하게 균검사를 할 수 있다는 것은 많은 가능성을 포함한다. 병원에서 내원한 환자가 감염증이 의심되는 경우와 식품제조공장에서 식품을 제조하는 과정을 가정해보자. 의사는 환자의 시료를 채취해 감염검사를 의뢰하고, 결과를 확인한 다음 적절한 처방을 내릴 것이다. 감염검사 결과가 바로 나온다면 좋겠지만 현재로선 시간이 걸리므로 결과가 나올때 까지 적절한 치료절차가 늦어지는 셈이다. 식품공장에서도 제품의 미생물 오염 여부를 확인하려면 시료를 채취해 배양과정을 거쳐야하므로 공정간 또는 제조 후 출하까지 대기 시간이 발생한다.

두 경우 모두 바로 결과를 확인할 수 있다면 그만큼 좋은 결과를 기대할 수 있다. 병원에선 병증이 심화되기 전에 조기에 치료 방향을 결정할 수 있으므로 더 나은 치료 결과를 기대할 수 있을 것이고, 식품공정에선 제조과정을 실시간으로 모니터링아 가능하므로 엄격한 위생관리를 통해 제품의 신뢰도를 높임과 동시에 오염여부를 확인에 걸리는 시간이 없으므로 공정간 대기시간이나 제조 후 출하결정까지 대기시간을 없애 생산성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

사실 연구진이 의도한 미생물 검사용 바이오센서의 작동 원리에 대한 검증은 이미 완료된 셈이다. 하지만 특정균에 대해 특이성을 나타내는 다양한 앱타머를 확보하는데 이 기술의 성패가 달렸다. 즉 생화학자에게 이 기술의 미래가 달려 있는 셈이다. 현재 연구진은 대장균 검출이 이 기술을 적용하는 연구를 진행 중이다. 다른 한 가지 걸림돌은 센서의 기본을 구성하는 탄소나노튜브의 가격이 아직은 고가라는 점이다. 하지만 점차 탄소나노튜브의 사용이 증가함에 따라 가격도 하락할 것이므로 이 문제는 자연히 해결될 것으로 예상된다.

그리고 이 기술을 좀 더 확장해서 응용하면 미생물을 분리, 제거하는 기술로 발전시킬 수 있을 것이다. 그렇게 되면 산업적 활용이 가능한 대형 무균설비나 특정 미생물만을 선별해내는 장치가 이 기술로부터 탄생할지도 모른다.

Posted by TopARA

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