KAIST 생명과학과동창회
  • News & Events
  • News

News

도파민의 성질로 박테리아 생장의 실시간 탐지 기술 개발​



(왼쪽부터) 생명과학과 정현정 교수, 화학과 이해신 교수, 나노기술대학원 이주훈 박사과정

< (왼쪽부터) 생명과학과 정현정 교수, 화학과 이해신 교수, 나노기술대학원 이주훈 박사과정 >



우리 몸의 신경전달물질인 도파민의 성질을 이용해 박테리아(병원균)를 쉽게 검출할 수 있는 기술이 우리 대학 연구진에 의해 개발됐다.


생명과학과 정현정 교수, 화학과 이해신 교수 공동연구팀이 도파민의 반응을 이용해 병원균의 생장과 항생제 내성을 광학적으로 측정하고 맨눈으로 실시간 검출하는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.


박테리아의 항생제 내성 문제는 현대인의 건강을 위협하는 위험요인으로 꼽히고 있다. 항생제 내성에 대한 적절한 대처가 없다면 30년 이내에 항생제 내성균에 의한 피해가 암보다 더 현대인의 수명을 줄일 수 있다는 보고서가 발표되기도 했다. 항생제 내성균의 종류가 점차 늘어나면서 미국 질병통제예방센터(CDC)는 연간 최소 200만 명 이상의 환자가 항생제 내성 병원균에 의해 발생하고 있다고 보고했다.


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


연구팀은 이러한 도파민의 성질을 이용해 병원균이 생장하는지와 항생제 내성을 갖는지를 육안과 형광으로 동시에 탐지 가능한 기술을 개발했다. 이 기술은 현재 사용되는 디스크 확산 검사나 균 배양 분석에 대비해 시간이 짧고 중합효소 연쇄 반응(PCR 검사)과 비교할 때도 전처리 과정이 필요 없는 간편한 기술이라는 점이 큰 장점이다.

우리 대학 나노과학기술대학원 석박사통합과정 이주훈 학생이 제1 저자로, 나노과학기술대학원 석박사통합과정 류제성 학생과 생명과학과 강유경 박사가 공동 저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 `어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 16.836)'113온라인 게재됐다. (논문명 : Polydopamine Sensors of Bacterial Hypoxia via Fluorescence Coupling)


도파민의 자체 중합반응에서는 개시제 역할을 하는 산소가 필수적인 존재다. 연구팀은 박테리아가 생장함에 따라 용액 내의 산소를 소모하는 현상을 이용, 박테리아의 생장 정도를 도파민의 중합반응과 연관 지어 관측하는 방법을 개발했다.


또 박테리아의 생장에 영향을 끼치지 않는 소재인 덱스트란으로 형광나노입자를 제조해 실험에 사용했다. 도파민의 자체 중합반응은 용액 내에 존재하는 형광나노입자 표면에 흡착하고 층을 형성해 입자의 화학적, 물리적 성질에 큰 변화를 일으키고 기존에 발생하던 강한 형광 신호를 약하게 만든다. 또한, 도파민과 나노입자가 첨가된 용액 내에서는 도파민의 산화와 자체 중합반응 때문에 용액의 색이 짙은 갈색으로 변한다.


하지만 박테리아가 용액 내에 존재하는 경우 박테리아 생장 때문에 산소가 소모돼 도파민의 자체 중합반응은 저해되고 용액의 색깔은 투명하게 유지된다. 나노입자의 형광 신호 역시 원래의 신호를 유지하게 된다.


연구팀은 이러한 현상을 박테리아의 생장 및 항생제 내성을 탐지하는데 적용할 수 있다는 점에 착안, 항생제에 내성을 가지는 `뉴 델리 메탈로-베타락타마제 1 (NDM-1)'을 발현하는 대장균(E. coli)을 대상으로 실험을 진행했다.

일반적인 대장균의 경우 카바페넴 계열의 항생제인 암피실린에 의해 생장이 크게 저해되는데, 항생제에 내성을 갖는 대장균은 생장이 잘 이뤄진다. 즉 항생제 내성을 가지는지에 따라 소모하는 산소의 양이 달라지고, 이 차이 때문에 도파민의 중합반응 여부를 육안과 광학적 측정으로 확인할 수 있다.


이렇게 살아있는 세포의 활성에 따라 일어나는 도파민의 자체 중합반응은 실제로 인체에 존재하는 다양한 `카테콜아민' 물질에서 나타나는 반응과 깊은 관련이 있다. 일례로 피부에 존재하는 카테콜아민은 자체 중합반응이 왕성하게 일어나 피부의 색에 큰 영향을 주는 멜라닌 색소를 형성하게 되는데 신경계에 존재하는 카테콜아민은 자체 중합반응이 거의 일어나지 않고 단일분자 형태로 존재하여 작용하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 이번 연구 결과를 향후 생체 내에서 도파민 등 카테콜아민의 역할과 작용을 다양한 생체 모델에서 밝히는 연구로 발전시킨다면 매우 흥미로운 연구 결과를 얻을 것으로 기대하고 있다.


그림 1. 도파민의 중합반응 과정과 박테리아의 생장, 용존 산소량, 형광나노입자 신호 그래프

< 그림 1. 도파민의 중합반응 과정과 박테리아의 생장, 용존 산소량, 형광나노입자 신호 그래프 >

그림 2. 도파민 센서를 이용한 박테리아의 항생제 내성 검출 원리 설명 모식도

< 그림 2. 도파민 센서를 이용한 박테리아의 항생제 내성 검출 원리 설명 모식도 >



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 기대된다고 말했다.


한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 KAIST 그랜드 챌린지 사업의 지원을 통해 이뤄졌다.

https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=11351

https://www.etnews.com/20201207000250



List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
121 이승희 교수님_시각 정보 인식해 행동 결정하는 대뇌 신경회로 과정 밝혀 생명과학과 2021.08.30 937
120 이주용 박사, 김세윤 교수, PNAS지에 논문 게재 / PhD Joo-Yong Lee and Prof, Seyun Kim published a paper in PNAS 생명과학과 2016.07.04 16954
119 이준식 교수 IAFOST Fellow 선출 과사무실 2003.09.08 13845
118 이중재 박사와 김학성 교수 연구팀, Theranostics에 표지 논문 발표 file 생명과학과 2017.08.18 13202
117 인선아 박사과정 학생. 제 18차 KHUPO 프로테오믹스 국제학술대회 수상 file 생명과학과 2018.04.13 13194
116 임대식 교수 국가지정연구실사업 신규과제 선정 과사무실 2005.03.30 11907
115 임대식 교수 논문 Nature Cell Biology 게재 1 과사무실 2004.01.26 14074
114 임대식 교수 외 3명 개교 34주년 기념 우수교원 포상 과사무실 2005.02.15 11378
113 임대식 교수, 2016년도 한국분자세포생물학회 정기학술대회 학술상 생명과학상 소개 강연 생명과학과 2016.10.10 14092
112 임대식 교수, EMBO Journal 에 논문 게재 (2012.3.7) 과사무실 2012.04.17 13157
111 임대식 교수, KAIST 지정 석좌교수 임용 과사무실 2014.02.25 12492
110 임대식 교수, PNAS 게재 (2013.4) 과사무실 2013.05.02 13088
109 임대식 교수, PNAS에 논문 게재! 과사무실 2010.04.21 12535
108 임대식 교수, 과학기술혁신본부장에 임명 file 생명과학과 2017.09.01 15694
107 임대식 교수, 교과부 ' 창의적연구진흥사업'의 신규 지원과제에 선정! 과사무실 2010.04.21 12844
106 임대식 교수, 김민철 박사 Cell Reports 에 논문 게재(2015.03) / Professor Dae-Sik Lim and Min Cheol Kim, Ph.D Publish in Cell Reports (2015.03) 과사무실 2015.04.06 15001
105 임대식 교수, 세포분열시 MST1 kinase의 새로운 암 억제 기능 발견 (2010. 3) 과사무실 2010.07.09 12045
104 임대식 교수, 천주교 서울대교구 생명위원회 제 14회 '생명의 신비상' 수상 file 생명과학과 2019.12.26 5302
103 임대식 교수, 한국과학상 대통령상 수상(2016. 12. 27) file 생명과학과 2016.12.28 13713
102 임대식 교수님 실험실 (김민철 박사과정) The Embo Journal 게재(2013.5) 과사무실 2013.07.05 15863
Board Pagination Prev 1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ... 23 Next
/ 23