기존보다 더 빠르고 민감하게 감염병 진단한다

생명연 연구팀, ‘플라즈모닉 광열 기반 디지털 PCR’ 기술 개발

[아이뉴스24 정종오 기자] 기존 진단 플랫폼보다 4배 빠르고 10배 더 민감한 디지털 유전자증폭기술(PCR)이 나왔다. 치주질환 진단은 물론 감염병·암·식중독 등 다양한 분야에 활용이 기대된다.

한국생명공학연구원(원장 권석윤) 국가전임상시험지원센터 고경철 박사와 성균관대 권오석 교수 공동 연구팀은 초고속, 고정밀로 유전자 정보를 분석할 수 있는 신개념 진단 플랫폼인 ‘플라즈모닉 광열 기반 디지털 PCR’ 기술을 개발하는 데 성공했다.

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 성공했다.

여러 병원균 유전자의 동시·다종 검출을 위해 플라즈모닉 광열 디지털 PCR 기술을 이용해 유전자 증폭을 진행했다. 장비에 내장된 형광 스캐닝 기능을 이용, 총 23분 이내에 4종의 유전자를 동시 검출했다. [사진=생명연]

앞으로 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 걸리고 장비가 크고 비용 부담도 만만치 않다. 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. 금 나노필름(Au nanofilm) 위에 OPE(Oligo Phenylene-Ethynylene))라는 화합물을 덮어 빛 에너지를 열로 빠르게 바꾸고 열전달 속도와 효율을 극대화해 유전자 증폭 과정의 정확성과 안정성을 높였다.

연구팀은 이 기술을 활용해 치주질환의 주요 원인균인 충치균(Streptococcus mutans), 치주염 유발균(Porphyromonas gingivalis) 등 4종의 세균 유전자를 대상으로 검증실험을 진행했다. 14분 만에 유전자 증폭을 완료했다. 이후 9분 내에 고해상도 형광 스캔을 통해 유전자 존재 여부까지 확인할 수 있었다.

감지 민감도는 기존 PCR 방식과 비교했을 때 약 4배 빠르고, 약 10배 더 민감한 수준을 보였다.

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

공동 연구책임자인 권오석 교수는 “이번 기술은 디지털 체외분석 기술로 병원에서 환자의 상태를 빠르게 파악하고 조기 치료를 가능하게 해 환자의 부담을 줄일 수 있는 계기가 될 것”이라며 “현장 중심의 진단 환경에 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다.

공동 연구책임자인 고경철 센터장은 “감염병뿐 아니라 암, 식중독 등 다양한 질환의 진단에 활용될 수 있는 플랫폼 기술”이라며 “고품질 빅데이터 생산과 이를 활용한 컴퓨터 시뮬레이션 기반의 디지털전임상 플랫폼의 신약개발 예측률 향상을 기대할 수 있을 것”이라고 강조했다.

연구 결과(논문명 : Multiplexed Ultrafast Photothermal Digital Polymerase Chain Reaction Based on Oligo(Phenylene-Ethynylene)는 국제학술지 ‘ACS NANO’ 7월 24일자 온라인 판에 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)