'동그란 커피 얼룩' 힌트…30분안에 감염병 진단한다

KAIST 생명과학과 정현정 교수, ‘커피링 등온 유전자 검출법’ 개발에 성공

그림 1. 커피링 등온 유전자 검출법의 모식도 및 항생제 내성 병원균 분석 결과(상단 왼쪽) 커피링 등온 유전자 검출법의 모식도. (상단 가운데) 병원균 종류에 따라 형성된 커피링 패턴의 음영 값을 나타낸 히스토그램. (상단 오른쪽) 검출 결과를 렌즈가 장착되지 않은 (위), 그리고 렌즈가 장착된 (아래) 스마트폰 카메라로 캡쳐한 이미지. (하단) 병원균 유전자물질 농도에 따른 커피링 등온 유전자 검출법의 결과. 젭토몰 농도 이하 (~ 0.2 zM)에서도 높은 민감도로 검출이 가능함을 보임/사진=KAIST

감염성 병원균을 현장에서 눈으로 확인해 검출하는 기술이 개발됐다. 카이스트(KAIST) 생명과학과 정현정 교수 연구팀이 ‘커피링 등온 유전자 검출법’(isothermal coffee ring assay·i-CoRi)을 개발했다고 16일 밝혔다.

‘커피링 효과’란 사물 표면에 떨어진 커피 방울이 증발하면서 특징적인 링(ring) 모양이 생기는 효과다. 연구팀은 이 효과에서 아이디어를 얻어 상온에서 육안으로 병원균 유전자를 선택적으로 감별 및 고감도 검출이 가능한 기술을 개발했다.

이 기술은 현재 표준 진단검사법인 실시간 유전자증폭검사(RT-PCR)처럼 고가의 정밀한 장비가 필요한 문제점을 해소할 수 있다. 연구팀이 개발한 기술은 쉽고 간단한 POCT(point-of-care testing·현장진단) 기술로 저가라는 게 큰 장점이다.

정 교수 연구팀이 개발한 ‘커피링 등온 유전자 검출법’은 병원균 감염의 빠른 판별을 위해 시료를 표면에 떨어뜨려 커피링 패턴을 유도한다. 콜로이드 용액이 기판 표면에서 증발할 때, 표면장력과 모세관 운동에 따라 미세입자들이 이를 포함하는 용액 방울 주변으로 이동해 특징적인 링 패턴을 형성한다. 링 패턴이 수축해 사라지면 찾고자 한 병원균이 존재한다는 뜻이다.

연구팀은 “표적 유전자 물질이 존재할 경우 미세입자와 유전자 물질의 선택적 인식에 의한 입자-핵산 물질 간 상호 응축을 유도해 링 패턴을 억제함으로써 병원균을 감별한다”고 설명했다.

이번 기술은 신속하고 높은 선택성과 민감도를 지니고 있어 유전자상 2개 염기의 차이를 구별한다. 또 별도의 분석 장비 없이 30분 이내에 항생제 내성 유전자 검출과 함께 혈청 등 복잡한 시료에서도 검출이 가능하다.

정 교수는 “커피링 등온 유전자 검출법은 현재 코로나19(COVID-19)바이러스를 진단하는 데 적용하기 위한 연구를 진행 중”이라고 말했다.


이번 연구성과는 바이오센서 분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’ 온라인판에 게재됐다. KAIST 생명과학과 강유경 박사가 제1 저자로, 생명과학과 석박사통합과정 임산해, 나노과학기술대학원 석박사통합과정 류제성 학생이 공동저자로 참여했다.