전기 자극 따른 세포막 전압 변화 형광신호로 측정
기존 24시간 이상 걸리던 활성 상태 분석시간 단축
국내 대학 공동 연구팀이 살아있는 미생물과 죽은 미생물을 실시간으로 구별할 수 있는 형광 기반 분석기술을 개발했다. 전기 자극에 대한 세포의 반응 차이를 이용해 미생물의 생존 여부를 빠르게 확인하는 방식이다.
고려대(총장 김동원) 전기전자공학부 채빌리(Beelee Chua) 교수와 이화여대 환경공학과 손아정 교수 공동 연구팀은 전압감응형 염료와 전기장을 결합해 이 같은 분석법을 구현했다고 14일 밝혔다.
미생물은 대사 과정에서 유용한 화학물질이나 의약품 등을 생산하기 때문에 생명공학을 비롯한 다양한 분야에서 활용된다. 하지만 기존 방법은 활성 상태를 검출·분석하는 데 24시간 이상 걸리는 경우가 있고, 신속 검출법 역시 유전체 정보나 대사산물에 주로 의존해 생존 여부를 직접 구별하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 살아있는 세포가 외부 전기 자극에 반응하면서 세포막 안팎의 전압인 ‘세포막전위’가 달라지는 현상에 주목했다. 전기장을 가하면 살아있는 세포에서는 전압감응형 염료 ‘diS-C3-(5)’가 세포 안팎으로 이동하면서 형광 신호가 변한다. 죽은 세포에서는 이 같은 반응이 나타나지 않는 차이를 이용해 활성 상태를 판별했다.
연구팀은 전기장을 가하면서 형광 신호 변화를 실시간으로 측정할 수 있는 분석 장치도 개발했다. 이를 이용해 양이온 농도가 높은 수돗물 환경 시료에서도 살아있는 박테리아를 안정적으로 검출하고 수량을 측정할 수 있음을 확인했다.
채빌리 고려대 교수는 “살아있는 미생물 모니터링 기술의 한계는 관련 산업과 연구 발전을 저해하는 요인이 되어 왔다”며 “이번에 개발된 분석법은 살아있는 미생물 기반 기술과 이를 모니터링하는 기술 간의 격차를 해소하는 데 크게 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)’ 온라인판에 지난달 23일 게재됐다. 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
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