국내 연구진이 장내 미생물 스스로 질산염을 감지해 형광 신호를 보내는 스마트 미생물 기술을 개발했다.

향후 장내 미생물을 이용한 새로운 형태의 진단·치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 한국생명공학연구원(이하 생명연) 합성생물학Z전문연구단 이대희, 이승구 박사팀과 실험동물자원센터 황정환 박사팀이 수행했다. 연구 결과는 분석화학 분야 세계적 저널 '바이오센서&바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)' 8월 20일 자 온라인판에 게재됐다.

국내 연구진은 산화질소의 최종 산화물인 질산염을 장내 염증 진단의 지표 물질로 활용해 유전자 회로를 개발했다. 이를 프로바이오틱스균에 도입해 비침습적 염증 진단이 가능한 스마트 미생물 개발에 성공했다.

스마트 미생물은 장내 환경과 유사한 뮤신(mucin)이 함유된 혐기성 배지 조건에서도 질산염을 성공적으로 감지할 수 있다. 특히, 혐기 호흡시 질산염 외에 사용 가능한 다른 수용체를 대상으로 기질 특이성 실험을 진행한 결과 질산염에 대한 높은 특이성을 보였다.


대장염을 앓는 실험동물 마우스에 스마트 미생물을 활용한 장내 염증 감지 실험을 수행한 결과, 건강한 마우스 그룹보다 염증 유도된 마우스 그룹에서 질산염 감지 신호에 의한 형광 단백질 발현이 증가했다. 특히, 염증 진행 정도에 따른 대장 내 질산염 농도 증가와 대장·분변 샘플에서 분석한 바이오센서 내 형광 단백질 발현 증가 경향이 높은 유사성을 나타냄을 확인했다.

또한, 진단의 특이성은 높고 위양성 결과를 낮추기 위해 염증의 두 지표 물질인 질산염·티오황산이 모두 존재하는 환경에서만 형광 단백질이 발현되는 유전자 회로를 개발했다.

이대희 연구책임자는 "장내 염증의 지표 물질인 질산염과 티오황산을 동시에 감지해 형광을 띄는 스마트 미생물을 활용해 비침습적 염증성 장 질환 진단 기술 개발이 가능하다"며 "특히, 형광 단백질을 염증 치료제로 사용할 경우 염증과 동시에 치료도 가능한 스마트 미생물 기술도 개발할 수 있다"고 밝혔다.

신유빈 기자 postmoneynews@gmail.com