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미생물 분석·배양 실험 "한 번에 끝낸다"

생명연 윤성호·美어번대 홍종욱·연세대 김지현 공동연구
극초소형 생물반응기 수십개를 바이오칩 하나에 구현

반도체 제조공정으로 제작된 나노리터 바이오칩.설계도(좌)와 제작된 칩에서의 미생물의 배양 실험. 단일 미생물의 증식 모습을 실시간으로 관찰하거나(오른쪽 상단), 형광을 이용하여 미생물 증식의 모니터링을 자동화할 수 있음(오른쪽 아래)
미세유체역학 기술을 이용해 나노리터 부피의 극초소형 생물반응기 수십․수백 개를 하나의 바이오칩에서 구현하는 기술이 국제공동연구팀에 의해 개발됐다.

한국생명공학연구원(원장 오태광)은 윤성호 바이오화학연구센터 박사와 홍종욱 미국 어번대학교 기계공학과 교수, 김지현 연세대학교 시스템생물학과 교수로 구성된 국제공동연구팀이 각기 다른 조건하에서 수십 종의 미생물들을 단일 세포 수준에서 배양․분석할 수 있는 나노리터 미세유체역학칩(microfluidic chip)을 개발했다고 29일 밝혔다.

(왼쪽부터)윤성호 박사, 홍종욱 교수, 김지현 교수.
기존 실험방법은 나노리터 부피의 액체에서 세포주를 배양하고 형질을 분석할 경우 증발과 배양조건 제어 문제가 발생하기 때문에 나노리터 부피의 배지를 지속적으로 공급해야 하는 불편이 있었다. 또 하나의 배양 조건만 테스트할 수 있는 기술적인 한계점가 있었다.
연구팀은 나노리터 부피의 미생물 배양용 생물반응기 24개가 포함된 미세유체역학칩을 개발하고, 온도, 습도 등 미생물 배양에 적합한 환경을 종합적으로 조절할 수 있는 시스템을 구축함으로써, 다중의 미생물 표현형을 한 번에 분석할 수 있게 됐다.

연구팀은 이번에 개발한 시스템을 이용해 기본적인 균주배양실험과 병원성 미생물의 항생제 내성을 보다 정확하고 효율적으로 평가할 수 있음을 증명했다.

이번에 개발된 나노리터 바이오칩은 반도체제조공정을 이용해 설계․제작됐으며, 컴퓨터에 의한 자동운전제어 시스템을 통해 단 한번의 실험으로 수십․수백 개의 극미세 생물반응기에서 각기 다른 성장조건, 영양조건으로 미생물 및 동․식물의 세포주 배양 실험 등을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 이를 통해 앞으로 항암제 등 유용물질을 생산하는 바이오프로세스 개발 등의 연구를 보다 효율적이고 정확하게 수행할 수 있을 것이라 기대했다.

오태광 생명연 원장은 “이번에 개발된 기술은 한국과 미국 연구팀이 IT/NT기술과 BT기술을 결합해 성공한 국제 공동 융합연구 성공 사례로서, 앞으로 생명공학 연구가 지향해야 할 방향을 제시한 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 21세기프론티어사업, 글로벌프론티어사업, 중견연구자지원사업(도약연구), 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 분석화학 분야 ‘어넬리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry)ʼ에 게재됐으며 미국 특허를 획득했다.

 
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