속도 4배 정확도 10배↑…플라즈모닉 PCR “치주질환 세균도 바로 잡아낸다”

- 생명硏-성균관대 공동연구 성과

이번 연구를 수행한 권오석(왼쪽) 성균관대학교 교수와 고경철 한국생명공학연구원 국가전임상연구센터장.[한국생명공학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국생명공학연구원 국가전임상시험지원센터 고경철 박사와 성균관대학교 권오석 교수 공동 연구팀은 초고속, 고정밀로 유전자 정보를 분석할 수 있는 신개념 진단 플랫폼인 ‘플라즈모닉 광열 기반 디지털 PCR’ 기술을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

이 기술은 빛을 활용한 빠른 온도 조절로 유전자를 증폭시켜 기존 PCR보다 4배 빠른 속도와 10배 높은 민감도를 구현했다. 실제로 구강 내 치주질환을 일으키는 4종의 세균을 동시에 진단하는 데 성공했으며, 향후 신·변종 감염병, 암, 식중독균 검사 등 다양한 분야에서 현장 맞춤형 초고속 유전자 진단 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

현재 의료현장에서 사용되는 리얼타임 PCR은 가열과 냉각 과정에서 시간이 많이 소요되고 장비가 크며, 비용부담도 크다. 또한, 현장에서 바로 사용하기 어려워 조기 진단과 신속한 치료가 핵심인 감염병이나 치주 질환, 암 등에 빠르게 대응하는 데 한계를 보여왔다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 빛을 열로 바꾸는 금속 소재(플라즈모닉 소재)를 활용했다. 특히 금 나노필름 위에 OPE라는 화합물을 덮어, 빛 에너지를 열로 빠르게 바꾸고 열전달 속도와 효율을 극대화하여 유전자 증폭 과정의 정확성과 안정성을 높였다.

연구팀은 이 기술을 활용해 치주질환의 주요 원인균인 충치균 등 4종의 세균 유전자를 대상으로 검증실험을 진행하여 14분 만에 유전자 증폭을 완료, 이후 9분 내에 고해상도 형광 스캔을 통해 유전자 존재 여부까지 확인할 수 있었다.

또한 감지 민감도는 최소 10¹ copies/µL 수준으로 극미량의 유전자만으로도 검출이 가능하여 기존 PCR 방식에 비해 약 4배 빠르고, 약 10배 더 민감한 수준을 보였다.

다종 유전자 진단을 위한 플라즈모닉 광열 디지털 PCR 프로세스 개략도.[한국생명공학연구원 제공]

이 기술은 단순히 치주질환 진단에만 국한되지 않고, DNA 기반의 진단이 필요한 모든 분야(병원 감염관리, 식중독 진단, 암 조기진단, 전염병 대응 등)에 적용이 가능할 것으로 기대된다.

권오석 교수는 “이번 기술은 디지털 체외분석 기술로서 병원에서 환자의 상태를 빠르게 파악하고 조기 치료를 가능하게 하여 환자의 부담을 줄일 수 있는 계기가 될 것”이라며 “현장 중심의 진단 환경에 실질적인 기여를 할 수 있을 것이다”고 밝혔다.

고경철 센터장은 “감염병뿐만 아니라 암, 식중독 등 다양한 질환의 진단에 활용될 수 있는 플랫폼 기술로, 고품질 빅데이터 생산과 이를 활용한 컴퓨터 시뮬레이션 기반의 디지털전임상 플랫폼의 신약개발 예측률 향상을 기대할 수 있다”고 강조했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘ACS NANO’에 7월 24일 게재됐으며, (주)SNBTech에 기술이전돼 사업화될 예정이다.