[과학을 읽다]바이오 테러, 조기에 차단한다

국내 연구팀, 고위험성병원체 초고강도 동시검출 시스템 개발

▲주한미군 탄저균 실험 진상 규명을 위한 한미합동실무단이 지난 8월6일 사고현장인 경기도 평택 주한미군 오산기지 내 생물식별검사실에서 공동조사를 하고 있다.[사진=공동취재단]

[아시아경제 정종오 기자] 최근 들어 지구촌에 테러에 의한 인명 피해가 늘어나고 있습니다. 지난 13일 프랑스 파리에서 테러가 발생해 많은 시민들이 사망하거나 다쳤습니다. 테러로 무고한 시민들이 죽어가고 있습니다. 테러에 치명적 세균이 이용된다면 그 피해는 상상을 초월합니다.

우리나라에서는 지난 5월 미국 국방부가 부주의로 살아 있는 탄저균 표본을 평택 주한미군 오산 기지로 배송했다는 사실이 알려지면서 큰 파문이 일어난 적이 있습니다. 탄저균의 경우 호흡기로 감염되면 초기에 감기나 폐렴 같은 일반적 증상이 나타나다가 독소에 의해 출혈성 흉부 임파선염이 발생합니다. 사망률은 거의 100%에 달합니다. 항생제로도 치료효과가 없습니다. 치명적인 것이죠.

이런 가운데 국내 연구팀이 고위험성 병원체인 탄저균, 페스트, 야토균, 천연두의 초고감도 동시 검출을 위한 시스템 개발에 성공해 관심을 모으고 있습니다. 고위험성 병원체란 막대한 인명피해와 사회적 혼란을 불러일으킬 수 있는 생화학무기 또는 국가 안보를 위협하는 유해 생물체를 말합니다.

탄저균, 야토균, 페스트, 천연두와 같은 고위험성 병원체(high-risk pathogen)는 인체에 치명적 영향을 끼칩니다. 이 때문에 이들 병원체는 매우 적은 양이라도 신속히 검출할 수 있어야 합니다. 기존의 효소면역측정 방법은 검출감도가 낮아 조기 진단이 매우 어렵고 진단을 위한 전(前)처리과정이 복잡합니다. 한 번에 한 가지 병원체만을 검출가능하다는 한계도 지닙니다.

효소면역측정 방법(Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay, ELISA)이란 타깃 세균 표면단백질에 결합하는 항체로 세균을 고정하고 2차 항체로 염색해 병원체 유무와 양을 확인하는 방법을 말합니다.

국내 연구팀은 자가 조립되는 구형 단백질 나노입자인 아포페리틴(apoferritin)에 유전자 재조합 방식으로 기능성을 부여했습니다. 항체와 결합하는 부위(protein G)와 형광물질이 결합하는 부위(6x-His tag)가 동시에 발현되도록 설계한 것이죠. 아포페리틴(apoferritin)은 24개의 서브유닛으로 구성된 직경 10~15 나노미터의 자가 조립형 구형 단백질로 철입자와 결합해 페리틴(ferritin)을 형성합니다.

기능성이 부여된 아포페리틴 나노입자에 타깃 병원체와만 결합하는 항체와 형광물질을 부착하고 초소형 자석구슬에도 타깃 병원체와 결합하는 항체를 부착한 후 고위험성 병원체가 들어있는 시료에 섞으면 '나노입자-병원체-자석구슬'이 샌드위치처럼 결합합니다. 이 결합체를 자석으로 끌어당겨 반응에 참여하지 않은 불순물들을 거르고 형광검출기로 형광물질을 측정하면 시료 속 고위험성 병원체 유무와 농도를 알 수 있는 원리입니다.

이번 시스템은 고위험성 병원체의 검출 가능 최저 농도를 획기적으로 낮춰 기존 기술에 비해 10~20배 이상 검출감도를 높였습니다. 여기에 2종 이상의 고위험성 병원균(야토균, 탄저균, 페스트, 천연두)이 섞여 있을 때 각각의 병원균들을 검출감도의 손실 없이 검출할 수 있습니다. 고위험성 병원균을 동시에 검출할 수 있는 시스템입니다.

한양대학교 ERICA 캠퍼스 최종훈 교수팀(공동 제 1저자, 서영민·김지은 박사과정생)이 이번 시스템 개발을 맡았습니다. 최 교수는 "국제적으로 바이오테러에 대한 관심이 높아지고 있다"며 "이번 연구는 현 기술에서 검출하기 어려운 낮은 농도의 고위험성 병원균을 판별함으로서 보건과 국방 분야에 필수기반기술로 적용할 수 있을 것"이라고 말했습니다.