▲ 임은경 박사

한국생명공학연구원(원장 김장성) 연구진이 혹시 모를 공기 중 병원성 박테리아로 인한 감염으로부터의 불안을 낮춰줄 수 있는 기술을 개발했다.

한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 임은경 박사팀은 현장에서 실시간으로 대기 중에 존재하는 병원성 박테리아를 검출할 수 있는 플랫폼을 개발하는 데 성공해, 향후 다중이용시설의 공기 모니터링을 통해 의료, 식품 안전, 환경 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

감염병의 예방과 확산을 방지하기 위해 다중이용시설의 실내 공기 질 모니터링과 이와 관련한 공중 보건관리에 대해 관심이 높아지고, 특히 학교나 사무실 등 많은 시간을 보내는 공간의 공기 질이 건강에 미치는 영향이 커지면서 박테리아, 곰팡이 등 공기 중에 퍼져 있는 다양한 생물학적 위해물질의 검출 기술이 중요해지고 있다.

박테리아 검출에는 미생물을 분리 배양하여 종을 판별하는 분리 동정법, 생화학적 특성을 확인하여 판별하는 생화학 동정법 등이 전통적으로 사용되고 있으나, 박테리아 분리 배양과 생화학적 반응 모니터링에 시간이 오래 걸리고 결과도 부정확하다는 단점이 있다.

최근에는 유전자 증폭기술(PCR, Polymerase Chain Reaction)이나 염기 서열 분석 기술(NGS, Next Generation Sequencing), 질량 분석 기술(MS, Mass Spectrometry) 등의 첨단기술을 이용하면서 신속성과 정확성은 높아졌지만, 고가의 장비와 전문기술이 필요하거나 높은 검사 비용이 든다.

게다가 현장에서 샘플을 채취한 후 분석을 위해 실험실로 운반하는 과정에서 샘플이 오염될 우려도 있다.

이번에 연구팀이 개발한 바이오센서는 현장에서 별도의 분석 장비 없이 시료의 색 변화로 누구나 손쉽게 표적 박테리아를 검출할 수 있다.

연구팀은 박테리아가 유레이스(urease)라는 효소를 생산하는데 이 유레이스가 암모니아를 만들어낸다는 것에 착안해 암모니아를 만나면 노란색에서 밝은 자주색으로 색이 변하는 시약을 제작하였다.

시약에는 크리스퍼(CRISPR, Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 유전자가위 기술을 적용하여 표적 박테리아 유전자와 결합하면 유레이스 효소 발생이 증폭돼 보다 민감하고, 극명한 색 변화를 일으키도록 하였다.

이를 통해 1시간 이내에 육안으로 표적 박테리아를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 함께 개발한 스마트폰 앱을 활용하면 더욱 정밀하고, 빠르게 박테리아의 농도를 빠르고 쉽게 정량화하여 분석할 수 있다.

임은경 박사는 “유전자가위 기술과 비색 변화 기술을 융합하여 전문가가 아니더라도 현장에서 시각적으로 신속하게 공기 속 부유하는 병원성 박테리아의 존재 여부를 확인할 수 있다는 것에 의미가 있다.”며 “향후 제품화를 통해 실내외 환경 모니터링과 공중 보건관리 및 감염병 예방 및 확산 방지에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

이번 연구는 10월 15일 발행된 환경 분야의 유수 저널인 Journal of Hazardous Materials(IF 14.224) 최신호에 게재되었다.

(논문명 : A portable smartphone-based colorimetric sensor that utilizes dual amplification for the on-site detection of airborne bacteria / 교신저자 : 임은경 박사 / 제1저자 : 기지선 박사)