몸속 코로나19 등 병원체, 5분 만에 찾아 낸다

한국연구재단 "바이오나노헬스가드연구단, 나노갭 센서 사용해 감도 50% 가량 높여"

전극 분극을 감소시킨 고감도 나노갭 임피던스 센서 기반 표적 DNA 증폭 모니터링에 의한 병원체 검출 기술 개요. 그림제공=한국연구재단

[아시아경제 김봉수 기자] 코로나19 바이러스 등 몸속에 침투한 감염성 병원체를 5분만에 찾아 낼 수 있는 실시간 고감도 검출 기술이 개발됐다.

9일 한국연구재단에 따르면 재단법인 바이오나노헬스가드연구단 연구팀이 병원체의 핵산증폭반응(PCR) 실시간 모니터링에 기반한 고감도 병원체 검출 기술을 개발했다. 현재 인플루엔자, 메르스, 결핵 등 공기 매개 병원체나 시가 독소 생성 대장균 같은 식인성 병원균 등 인간의 몸에 침입한 병원체의 존재를 알아내기 위해 시료에 포함된 핵산(유전자가 담겨 있는 생체 고분자) 증폭방식(PCR)이 널리 사용된다. 그러나 장비를 소형화하기 어려워 현장 진단에 어려움이 있다. 형광 표지물질들의 파장 중첩으로 인해 하나의 시료에서 여러 성분을 동시에 검출하는 데에도 한계가 있다.

이에 별도의 표지 없이 전하를 띠는 핵산이 증폭되면서 나타나는 전기적 신호 변화를 포착하는 임피던스(Impedance·도선에서 전기적 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 척도) 센스를 이용하려는 시도가 이어지고 있다. 그러나 증폭 반응 용액 내 전하를 띠는 다양한 물질들로 인한 전기 분극을 최소화해 센서의 감도를 높여 증폭된 외부 유전자에 의한 신호 변화를 제대로 포착해야 하는 것이 과제였다.

연구팀은 나노갭 센서를 사용해 전기적 임피던스 센서의 감도를 크게 개선했다. 나노갭 센서는 전기 분극을 감소시켜 전압강하(electric potential drop)에 의한 신호 손실을 효과적으로 줄였다. 이로써 시료 내의 미세한 전기적 신호 변화를 측정하는 감도를 50%가량 높일 수 있었다. 실제 만들어진 나노갭 임피던스를 기반으로 등온 유전자 증폭으로 병원성 장균 0157:H7의 표적 DNA 단일 사본의 증폭을 5분만에 검출해 냈다. 이 대장균의 단일 세포가 존재하는 시료까지 검출해냈다.

기존 상용화된 유전자 증폭 시약을 그대로 활용하면서 복잡한 온도 조절이나 형광 포착을 위한 장비 없이 상온(섭씨 39도)에서 신호 변화를 읽어낼 수 있음을 보여줬다. 향후 연구팀은 실용화를 위해 감도 안정화를 위한 최적 측정 조건을 도출하고 현장 진단을 위한 소형화 모듈 등에 대한 연구를 진행할 계획이다.

이 연구 성과는 지난 1월29일자 국제 학술지 '바이오센서스 앤드 바이오 일렉트로닉스'에 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr