생명연, 장 내 염증 진단 스마트 미생물 기술 개발

국내 연구진이 장내 염증 반응으로 생성되는 질산염(NO3-)을 장내미생물이 직접 감지해 형광신호를 내도록 하는 스마트 미생물 기술을 처음으로 개발했다. 이 기술은 비침습적 염증성 장질환 진단을 가능케하는 기반이 된다. 향후 장내미생물을 이용한 새로운 형태의 진단 및 치료제 개발에 기여할 전망이다.

생명연이 개발한 장 내 염증 진단 미생물 기술 개요
생명연이 개발한 장 내 염증 진단 미생물 기술 개요

한국생명공학연구원(원장 김장성) 합성생물학전문연구단 소속 이대희, 이승구 박사팀과 황정환실험동물자원센터 박사팀이 연구를 수행했다.

이들은 산화질소 최종 산화물인 질산염을 장내 염증 진단 지표물질로 활용, 합성생물학 기반 유전자회로를 개발했다. 이를 프로바이오틱스균에 도입해 비침습적 염증 진단이 가능한 스마트 미생물을 구현했다.

장내미생물과에 속한 대장균이 산소가 없는 상태에서 호흡시 질산염을 사용하는 점에 주목했다.

대장균이 고유하게 가지는 신호전달계를 사용해 질산염을 감지할 수 있는 조절인자로 활용했다. 또 감지 신호를 통해 형광 단백질의 발현을 유도했다. 질산염의 존재 유무를 형광세기로 시각화해 확인할 수 있는 유전자회로를 더했다.

개발된 유전자회로를 프로바이오틱스 대장균에 도입해 질산염 감지 스마트 미생물을 제작했으며, 생체 외(in vitro) 환경에서 스마트 미생물의 최적화 과정을 수행했다.

최적화된 스마트 미생물은 뮤신(mucin)이 함유된 혐기성 배지 조건에서도 질산염을 성공적으로 감지할 수 있었다. 특히 혐기 호흡 시 질산염 외에 사용 가능한 다른 전자 수용체들을 대상으로 기질 특이성 실험을 진행한 결과 질산염에 대한 높은 특이성을 나타냈다.

이대희 박사는 “형광 단백질을 염증을 치료할 수 있는 치료제로 대체할 경우 염증과 동시에 치료도 가능한 스마트 미생물 기술도 개발 가능하다”고 밝혔다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com