새로운 전기화학 센서로 위험한 박테리아 감지

프랑크푸르트 괴테 대학과 킬 대학의 연구원들은 박테리아 탐지를 위한 새로운 센서를 개발했습니다. 혁신적인 표면 코팅이 적용된 칩을 기반으로 합니다. 이를 통해 특정 병원체와 같은 매우 특정한 미생물만 센서에 부착됩니다. 유기체의 수가 많을수록 칩에서 생성되는 전기 신호가 더 강해집니다. 이러한 방식으로 센서는 높은 감도로 위험한 박테리아를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 그 농도도 판단할 수 있습니다.

매년 박테리아 감염은 전 세계적으로 수백만 명의 생명을 앗아갑니다. 그렇기 때문에 질병 진단뿐만 아니라 식품 생산에서도 유해 미생물을 검출하는 것이 중요합니다. 그러나 지금까지 사용 가능한 방법은 시간이 많이 걸리고 값비싼 장비가 필요하거나 전문가만 사용할 수 있는 경우가 많습니다. 더욱이 그들은 종종 활성 박테리아와 부패 생성물을 구별할 수 없습니다.

대조적으로, 새로 개발된 방법은 손상되지 않은 박테리아만 검출합니다. 이는 미생물이 특정 신체 세포만 공격한다는 사실을 활용하며, 후자의 특정 설탕 분자 구조를 통해 이를 인식합니다. 글리코칼릭스(Glycocalyx)로 알려진 이 매트릭스는 세포 유형에 따라 다릅니다. 말하자면 이는 신체 세포의 식별자 역할을 합니다. 이는 특정 박테리아를 포획하려면 해당 박테리아가 선호하는 숙주 세포의 당칼릭스에서 인식할 수 있는 구조를 알고 이를 “미끼”로 사용하기만 하면 된다는 것을 의미합니다.

이것이 바로 연구원들이 한 일입니다. “우리 연구에서 우리는 장내 세균의 특정 계통을 검출하고 싶었습니다. 대장균 — 또는 대장균 간단히 말해서 프랑크푸르트 괴테 대학교 무기 및 분석 화학 연구소의 Andreas Terfort 교수는 설명합니다. “우리는 병원체가 일반적으로 어떤 세포를 감염시키는지 알고 있었습니다. 우리는 이것을 사용하여 이러한 숙주 세포의 표면을 모방하는 인공 당칼릭스로 칩을 코팅했습니다. 이런 방식으로 표적의 박테리아만 대장균 변형이 센서에 달라붙습니다.”

대장균 박테리아는 숙주의 글리코칼릭스를 인식하고 그것에 달라붙는 데 사용하는 필리(pili)라고 알려진 짧은 팔을 많이 가지고 있습니다. “박테리아는 필리(pili)를 사용하여 여러 위치에서 센서에 결합하므로 특히 잘 붙을 수 있습니다”라고 Terfort는 말합니다. 또한, 인공 글리코칼릭스의 화학적 구조는 마치 기름칠이 잘 된 프라이팬에서 달걀이 떨어지는 것처럼 오른팔이 없는 미생물이 미끄러져 내려가는 구조입니다. 이는 실제로 병원성 대장균 박테리아가 유지됩니다.

그러나 과학자들은 박테리아가 실제로 인공 당칼릭스에 부착되어 있다는 것을 어떻게 확증할 수 있었습니까? “우리는 설탕 분자를 전도성 고분자에 결합시켰습니다.”라고 Terfort 교수 밑에서 박사과정 연구원이자 논문의 첫 번째 저자인 Sebastian Balser는 설명합니다. “이 ‘와이어’를 통해 전압을 가함으로써 우리는 얼마나 많은 박테리아가 센서에 결합했는지 읽을 수 있습니다.”

연구는 이것이 얼마나 효과적인지 문서화합니다. 연구원들은 표적 대상의 병원균을 혼합했습니다. 대장균 무해한 사람들 사이에 부담을 주다 대장균 다양한 농도의 박테리아. “우리 센서는 아주 적은 양으로도 유해한 미생물을 감지할 수 있었습니다.”라고 Terfort는 설명합니다. “게다가 표적 박테리아의 농도가 높을수록 방출되는 신호가 더 강해집니다.”

이 논문은 이 방법이 효과가 있다는 초기 증거입니다. 다음 단계에서 관련 실무 그룹은 이것이 실제로 테스트를 통과하는지 조사하기를 원합니다. 예를 들어, 정교한 실험실 진단을 갖춘 병원이 없는 지역에서 이를 사용하는 것이 가능합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240325172436.htm