- 생명硏, 장(腸)내 염증 진단 스마트 미생물 기술 개발

- 미생물 이용 새로운 질병 진단 및 치료제 개발 가능성 제시

이대희 박사가 스마트 미생물을 현미경으로 관찰하고 있다.[한국생명공학연구원 제공]
이대희 박사가 스마트 미생물을 현미경으로 관찰하고 있다.[한국생명공학연구원 제공]

국내연구진이 대장내시경, CT, MRI 검사없이도 장내 염증을 확인할 수 있는 진단기술을 개발했다. 한국생명공학연구원은 이대희‧이승구‧황정환 박사팀이 장내 염증 반응에 의해 생성되는 질산염을 장내미생물이 직접 감지해 형광신호를 내도록 하는 스마트 미생물 기술을 최초로 개발했다고 14일 밝혔다. 이 기술은 향후 장내미생물을 이용한 새로운 형태의 진단 및 치료제 개발에 기여를 할 것으로 기대된다.

이번 연구성과는 분석화학 분야 국제학술지 ‘바이오센서 & 바이오일렉트로닉스’ 8월 20일자 온라인판에 게재됐다.

연구팀은 먼저 산화질소의 최종 산화물인 질산염을 장내 염증 진단의 지표물질로 활용해 합성생물학 기반의 유전자회로를 제작했다. 이를 프로바이오틱스균에 도입해 비침습적 염증 진단이 가능한 스마트 미생물을 개발했다.

연구팀은 질산염을 감지할 수 있는 유전자회로를 개발하기 위해 장내미생물과에 속한 대장균이 산소가 없는 상태에서 호흡시 질산염을 사용하는 점에 주목했다.

대장균이 고유하게 가지고 있는 신호전달계를 사용해 질산염을 감지할 수 있는 조절인자로 활용, 감지된 신호를 통해 형광 단백질의 발현을 유도해 질산염의 존재 유무를 형광세기로 시각화할 수 있는 유전자회로를 제작한 것.

개발된 유전자회로를 프로바이오틱스 대장균에 도입해 질산염 감지 스마트 미생물을 제작하고 생체 외 환경에서 스마트 미생물의 최적화 과정을 수행했다.

스마트 미생물을 활용해 대장염(colitis)을 앓는 실험동물 마우스에서 장내 염증 감지 실험을 수행한 결과, 건강한 마우스 그룹에 비해 염증이 유도된 마우스 그룹에서 질산염 감지 신호에 의한 형광 단백질 발현이 증가된 것을 확인했다. 특히 염증 진행 정도에 따른 대장 내 질산염 농도 증가와 대장 및 분변 샘플에서 분석한 바이오센서 내 형광 단백질 발현 증가 경향이 높은 유사성을 나타냄을 확인할 수 있었다.

대장 내 염증은 질산염의 생성을 증가시키고, 경구로 주입된 스마트 미생물은 대장에서 염증 반응에 의해 증가된 질산염을 감지해 형광 단백질을 발현함으로써 대장 및 분변 시료에서의 형광 세기 분석만으로도 대장 내 염증을 진단할 수 있다.

이대희 박사는 “장내 염증의 지표물질인 질산염과 티오황산을 동시에 감지해 형광을 띄는 스마트 미생물을 활용해 비침습적 염증성 장질환 진단 기술도 개발이 가능하다”며 “특히 형광 단백질을 염증을 치료할 수 있는 치료제로 대체할 경우 염증과 동시에 치료도 가능한 스마트 미생물 기술도 개발 가능하다”고 밝혔다.

구본혁 기자