하루 걸리던 비브리오균 검사, 1시간 만에 진단한다

- 국립부경대 연구진 비브리오균 현장진단 기술 개발

- 종이 기반 진단 장치로 복잡한 유전자 검사 자동으로

국립부경대학교 연구진이 굴 등 수산물에 존재하는 치명적인 식중독균 비브리오 불니피쿠스(Vibrio vulnificus)​를 현장에서 약 1시간 만에 확인할 수 있는 종이 기반 진단 장치를 개발했다.

기존 상용 검사 키트가 전문 장비와 숙련된 인력을 필요로 하는 실험실 중심의 검사 방식이라면, 이번에 개발된 휴대용 장치는 유전자 증폭과 검출 과정을 기계적으로 자동화해 현장이나 소규모 시설에서도 비교적 간편하게 사용할 수 있도록 한 것이 특징이다.

비브리오 불니피쿠스는 바닷물과 해산물에 서식하는 세균으로, 오염된 생굴 등을 섭취하거나 상처를 통해 감염될 경우 패혈증이나 조직 괴사 등을 일으킬 수 있다. 특히 간 질환자나 면역력이 약한 사람에게는 치명적일 수 있어 신속한 검출과 관리가 중요하다.

현재 식품 안전 검사에 널리 활용되는 실시간 PCR 방식의 상용 키트는 높은 정확도로 여러 비브리오 종을 확인할 수 있지만, 일정 시간 동안 시료를 배양한 뒤 전문 실험실에서 PCR 장비를 이용해야 하는 등 검사 과정이 복잡하다. 검사 결과가 나오기까지 보통 하루 정도가 걸리고, 고가의 장비와 전문 인력이 필요해 현장 적용에 한계가 있다.

국립부경대 4차산업융합바이오닉스공학과 한원 박사과정생(제1저자), 의공학전공 신중호 교수(교신저자) 등 연구진이 개발한 장치는 이러한 기존 검사의 한계를 보완했다. 굴 아가미에서 면봉으로 시료를 채취해 DNA를 추출한 뒤 장치 내부의 종이 패드에 시료와 완충액을 넣고 태엽을 한 번 감으면, 기계 장치가 자동으로 작동하면서 유전자 증폭과 검출 반응을 순차적으로 진행한다.

복잡한 용액 이동이나 여러 단계의 수동 조작을 최소화했으며, 약 1시간 후 종이 스트립에 나타나는 테스트 라인을 눈으로 확인하면 검사 결과를 알 수 있다. 별도의 복잡한 장비 없이 약 37℃의 온도만 유지하면 된다.

순수 배양액에서는 반응당 세균 1개 수준까지 검출할 수 있었으며, 비브리오균을 인위적으로 오염시킨 바닷물에서 사육한 굴의 오염 여부도 안정적으로 확인했다. 또한 검출 대상균을 다른 유사한 비브리오 종과 구별하여 검출할 수 있는 것으로 나타났다. 종이 기반 반응 패드는 실온에서 수 주간 보관한 뒤에도 성능이 크게 저하되지 않았다.

연구진은 “기존 상용 PCR 키트가 실험실 중심의 검사 방식이라면, 이번 장치는 현장이나 소규모 시설에서도 비교적 쉽게 사용할 수 있도록 검사 과정을 자동화하는 데 초점을 맞췄다”며 “병원균에 맞게 시약을 바꾸면 다양한 병원균 검출에도 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 ‘Field-Deployable Paper-Based Detection of Vibrio vulnificus via Mechanically Automated Sequential RPA/CRISPR-Cas12a’라는 제목으로 센서 분야 국제학술지 ‘ACS Sensors’(IF 10.9)에 8월 게재됐다.

이번 연구는 한국연구재단 핵심연구사업, 교육부 이공분야 학술연구지원사업(박사과정생연구장려금지원, 대학중점연구소지원사업-해양바이오닉스융합기술센터), 교육부 BK21사업(뉴시니어 맞춤형 스마트 헬스케어 사업단)의 지원을 받아 수행됐다.

※ 붙임: 1. 연구 이미지(비브리오 패혈증균 현장 진단을 위한 플랫폼 이미지)

2. 연구진 사진. 한원 박사과정생(왼쪽), 신중호 교수.