전기 자극으로 생존 미생물 가려낸다

고려대 채빌리 전기전자공학부 교수와 이화여대 손아정 환경공학과 교수 공동 연구팀이 살아있는 미생물 세포와 죽은 세포를 신속하고 정확하게 구별하는 형광 기반 검출법을 개발했다. 연구팀은 전압감응형 염료와 외부 전기장을 결합하고, 형광 신호의 변화를 실시간으로 측정해 미생물의 활성 상태를 판별했다.

연구의 핵심은 생존 미생물에서 나타나는 고유한 세포막전위 변화와 전기 자극 반응이다. 세포막전위는 세포 안팎의 전하 차이로 세포막 주변에 형성되는 미세한 전압이다. 외부 전기장을 가하면 살아있는 세포는 전압감응형 염료 ‘diS-C3-(5)’를 세포 안으로 이동시키거나 밖으로 방출하며, 이 과정에서 발생하는 형광 신호의 차이가 생사 판별 기준으로 활용됐다. 전압감응형 염료는 세포막 주변의 작은 전압 변화에 따라 서로 다른 형광 신호를 내는 물질이다.

생명공학과 관련 산업에서는 온전한 상태로 생존하며 대사 활동을 이어가는 미생물을 확인하는 기술이 중요하다. 미생물의 대사 과정이 유용한 화학물질과 약품 생산에 활용되기 때문이다. 그러나 기존 활성 미생물 검출과 분석에는 24시간 이상 걸렸고, 신속 검사법도 유전체 정보나 대사 부산물에 주로 의존해 살아있는 세포와 죽은 세포를 명확히 구분하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 염료 분석이 현미경 관찰에 머물렀던 제약을 보완하기 위해 전기장을 가하는 동시에 형광 반응을 실시간 측정하는 맞춤형 분석 장치도 제작했다. 채빌리 교수는 이번 분석법이 살아있는 미생물 기반 기술과 모니터링 기술 사이의 격차를 줄이는 데 기여할 것으로 평가했다. 연구 성과는 영향력지수 11.8, JCR 상위 2.7%인 국제 학술지 ‘Biosensors & Bioelectronics’ 온라인판에 지난달 23일 게재됐다.