박테리아의 의사소통을 모니터링하는 미세유체장치의 개발

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-03-04

미국의 과학자들이 의약품에 대한 그들의 저항성을 증가시키기 위해 서로 간의 의사소통을 수행하는 방법을 조사할 수 있는 미세유체 장치를 개발해 관련 연구자들의 주목을 받고 있다. 쿼럼 센싱(quorum sensing)이라고 불리는 과정을 통해 박테리아들은 서로 의사소통을 하게 되는데, 이 때 그들은 autoinducers라고 불리는 신호 전달 물질들을 분비하게 된다. 박테리아가 쿼럼(quorum)을 생산할 때, 의약품에 대한 그들의 저항성은 증가하게 된다. 메릴랜드대(University of Maryland)의 William Bentley와 동료 연구자들은 박테리아를 붙잡고, 의약품을 박테리아의 표면에 옮긴 후 그들의 반응을 테스트하는 생물 기반의 나노 크기 공장의 개념을 발전시켰다. “연구의 전체적인 목적은 각각의 세포들이 아닌 전체로서 하나의 군집을 이루었을 때, 병원균들이 서로서로 어떻게 의사소통을 전달하는 지를 이해하는 것이다. 우리는 정확하게 쿼럼(quorum)이 무엇이며, 그것이 어떻게 작용하는 지를 알아보고 싶다.”라고 이 연구의 책임자인 Bentley는 말했다. 나노입자들은 미세유체장치 내의 키토산(chitosan)으로 코팅된 전극 위에 스스로 자가조립되었다. 이들은 서로 다른 기능을 수행하는 다수의 모듈을 포함하고 있으며, 박테리아 세포들을 타겟화하거나 모으는 것에 유용하게 이용된다. Bentley는 쉽게 볼 수 있는 자동 개시 신호에 반응해 형광 단백질을 발현하기 위해 특수하게 제작된 박테리아 세포들을 이용했다. 나노 입자들에 의해 만들어진 자동 개시 분자들은 박테리아들이 형광 단백질을 발현하기 ??문에 박테리아에 반응하는 쿼럼(quorum) 센서들을 자극하게 된다. “현재 우리는 빠르고, 비용효과적이며, 장치 위에서 복잡한 생물학적 시스템을 구축해 실제로 생물학적인 메커니즘이 어떻게 일어나는 지를 알아볼 수 있는 장치를 개발하려 하고 있다.”라고 Bentley는 덧붙였다. 미국 코넬대(Cornell University)의 생물공학 전문가인 Michael Shuler는 이 개념을 매우 호기심을 불러 일으키며 새로운 것이라고 말하고 있다. 덧붙여 그는 쿼럼(quorum) 센싱하고 있는 박테리아를 포획하는 기술은 항생제없이 몇몇 종류의 박테리아들을 조절하는 데 중요하지만, 그에게 가장 흥미로웠던 것은 미세유체기기나 다른 나노 기술들에 이 나노 공장(nanofactories)이 융합될 수 있다는 사실이라고 그는 말했다. 앞으로 Bentley는 매우 흥미롭고 복잡한 생물학적 시스템이 박테리아가 볼 수 있는 주변 환경들을 재창조하는 데 통합될 수 있기를 희망하고 있다. 그는 표피세포나 암세포와 같은 다른 시스템에 이들의 방법을 응용해 볼 수 있기를 희망하고 있다. 그림: 미세유체장치는 항박테리아 물질들의 새로운 발전에 이바지 할 수 있다. 참고: Biological nanofactories facilitate spatially selective capture and manipulation of quorum sensing bacteria in a bioMEMS device. Rohan Fernandes, Xiaolong Luo, Chen-Yu Tsao, Gregory F. Payne, Reza Ghodssi, Gary W. Rubloff and William E. Bentley, Lab Chip, 2010 DOI: 10.1039/b926846d qkrwldms2.jpg 출처 : http://www.rsc.org/Publishing/ChemTech/Volume/2010/04/nanofactories_monitor.asp