미생물간 대화 순간포착하는 실리콘 나노구조체 개발
빛과 열 이용한 고정밀 미생물 관찰방법으로 미생물간 신호전달 실시간 관찰
□ 미생물은 혼자 부유하기도 하지만 때로는 여러 미생물이 특정한 표면에 모여 바이오필름 형태의 군집을 이루기도 한다.
ㅇ 영양부족이나 급격한 온도변화, 물리적 자극 등 외부 환경변화에 대응하는데 서로간 소통이 유리하기 때문인데 이러한 미생물의 집단행동을 실시간 관찰할 수 있는 시스템이 소개됐다.
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 김경호 교수(충북대학교)와 박홍규 교수(고려대학교), 보치 티안(Bozhi Tian, 시카고대학교) 국제공동연구팀이 빛과 열을 이용해 미생물의 집단행동을 순간적으로 정밀하게 관찰하는 방법을 개발했다고 밝혔다.
□ 기존에는 특정 미생물이 아닌 미생물 군집 전체를 대상으로 기계적 자극을 가하거나 화학물질을 첨가한 후 전사체 분석이나 배양액 조성변화 등을 통해 신호전달의 결과를 유추하는 방식이었다.
ㅇ 하지만 이는 자극이 있은 뒤 늦게는 수 시간 후에 나타나는 대세적 변화에 대한 정보를 전해줄 뿐이었다.
□ 이에 연구팀은 자극에 따른 미생물들의 행동변화를 즉각 포착하기 위해 군집 가운데 특정 미생물(특정 부위)에만 정밀하게 열(熱) 자극을 가하고 형광을 통해 실시간으로 관찰하는 방법을 고안해냈다.
ㅇ 제작이 용이한 생체적합성 소재인 실리콘을 이용하여 레이저 빛에 의해 순간적으로 열을 낼 수 있는 나노구조체를 제작한 것이다.
□ 연구팀은 레이저로 실리콘 나노선에 순간적으로 열을 발생시키면열이 나는 나노선 주변으로 박테리아가 군집을 이루는 것을 관찰했다.
ㅇ 나아가 처음 열 자극을 받은 박테리아를 중심으로 동심원 모양의 칼슘이온 파동이 발생하며, 이 파동이 26 마이크로미터 거리에 있는 이웃한 박테리아에까지 전파되는 것을 관찰했다.
ㅇ 칼슘이온은 세포의 증식, 분화, 생존을 위한 다양한 생물리학적 반응에서 중요한 매개체로 작용하는 것으로 잘 알려져 있다.
□ 디스크(원형 형태) 형태의 실리콘 구조체에서도 마찬가지로 열자극이 신호가 되어 군집이 형성되고 서로간 신호(칼슘이온 파동)를 주고받는 것이 관찰되었다.
ㅇ 열전달 시뮬레이션을 통해 공간적인 급격한 온도변화가 박테리아 군집내 칼슘이온 파동 발생의 원인임을 확인했다.
□ 살아있는 미생물 집단을 빠르고 정밀하게 관찰할 수 있는 방안을 제시함으로써 미생물의 환경적응성에 대한 이해를 높이는 계기가 될 것으로 기대된다.
ㅇ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(신진연구, 리더연구)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 2월 14일 게재되었다.
