나노기술 및 정책 정보

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우리 몸의 신경전달물질인 도파민의 성질을 이용해 박테리아(병원균)의 생장과 항생제 내성을 광학적으로 측정하고 육안으로 확인할 수 있는 기술이 개발됐음.

한국과학기술원은 생명과학과의 정현정 교수, 화학과의 이해신 교수 등 공동 연구팀이 이같은 기술을 개발했다고 7일 밝혔음.

연구팀은 산소를 소모하는 도파민의 자체 중합반응을 통해 박테리아를 검출하는 방법을 고안했음. 또 박테리아의 생장에 영향을 끼치지 않는 소재인 덱스트란으로 형광나노입자를 제조해 도파민 용액에 넣어 육안으로도 확인할 수 있게 했음. 일정 용액 안에서 박테리아의 산소의 소모에 따라 도파민 중합반응 결과가 달라지는 것을 활용한 것임.

도파민은 대다수 생명체에서 신경전달물질로 사용되며, 산소가 존재하는 환경에서 다른 물질의 도움 없이 자체 중합반응(두 개 이상 결합해 큰 화합물이 되는 일)이 일어남. 이렇게 중합된 도파민 고분자는 짙은 갈색을 나타내고, 다양한 물질 표면에 흡착해 층을 형성함.

연구팀은 실험 결과, 도파민과 나노입자만 첨가된 용액의 경우 도파민의 산화와 자체 중합반응 때문에 용액의 색이 짙은 갈색으로 변하는 것으로 확인했음. 또 형광 나노입자를 넣은 경우 형광 빛을 잃는다는 것을 확인했음. 도파민의 자체 중합반응이 용액 내에 존재하는 형광나노입자 표면에 흡착하고 층을 형성해 입자의 화학적, 물리적 성질에 큰 변화를 일으키고 기존에 발생하던 강한 형광 신호를 약하게 만들었기 때문임.

반면, 박테리아가 존재하는 용액에서는 박테리아 생장 때문에 산소가 소모돼 나노입자의 형광 신호는 원래의 형광색을 유지했음. 또 박테리아의 생장으로 도파민의 자체 중합반응이 저해되면서 용액의 색깔은 투명하게 유지됐음.

연구팀은 이러한 현상을 항생제 내성을 탐지하는데도 활용했음. 항생제에 내성을 가지는 '뉴 델리 메탈로-베타락타마제 1 (NDM-1)'을 발현하는 대장균(E. coli)을 대상으로 실험했음. 이 결과, 항생제 내성 대상균이 실험 용액 내에서 산소를 계속 소모해 생장했고, 이에 따라 용액내 도파민 중합반응은 어렵게 됐음.

정현정 교수는 "이번 연구는 도파민의 자체 중합반응을 생체 시스템에서 규명한 연구로 큰 의미를 가지며, 이를 박테리아 생장 및 항생제 내성의 실시간 검출에 적용할 수 있어 기존의 미생물 배양법보다 신속하게, 그리고 PCR 검사보다 간편하게 진단이 가능해 감염병 확산 예방에 크게 기여할 것으로 기대된다"고 말했음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Functional Materials’ 지에 게재됨