샘플을 실험실로 다시 보내지 않고도 주민들의 스트레스 지수를 기반으로 생태계 식별
산호초와 공생하는 다른 박테리아와 조류의 항생제 내성을 선별하여 산호 건강에 대한 더 나은 아이디어 제공

이 휴대용 도구는 셀이 환경 조건에 의해 스트레스를 받거나 강건한지 또는 영향을받지 않는지를 신속하게 나타낼 수 있다.
이 휴대용 도구는 셀이 환경 조건에 의해 스트레스를 받거나 강건한지 또는 영향을받지 않는지를 신속하게 나타낼 수 있다. / 사진= 과학리포트 저널

눈으로는 볼 수 없는 작은 미생물들의 건강과 생태계 위협에 대한 반응을 보여주는 휴대용 장치가 개발됐다. 

과학리포트 저널에 실린 러트거 연구진의 이 장치는 미생물 평가, 항생제 내성 박테리아 검사, 산호초에 서식하는 조류 분석 등에 사용할 수 있는 휴대용 도구이다.

처음에 해조류를 평가하기 위해 개발된 이 도구는 현장이나 실험실에서 미생물과 세포가 물의 오염·온도·염분의 변화 등의 환경 스트레스에 어떻게 반응하는지 확인할 수 있다고 한다. 

환경생물과학대학 생화학 미생물학과 교수 데바시시 바타차랴 교수는 "우리의 목표는 비싸고 복잡한 유전자 도구를 사용하는 것에만 의존하지 않는 세포건강 평가의 새로운 방법을 개발하는 것이었다."라고 말했다. 

( a ) 소프트 리소그래피로 만들어진 PDMS 미세 유체 채널이 두 쌍의 감지 전극으로 패터닝 된 유리 웨이퍼에 결합되는 장치의 이미지. ( b ) 채널과 전극의 현미경 이미지. ( c ) 피코 클로 륨 SE3 세포가 1M NaCl에 순응 한 후 광범위하게 다른 염분 조건 (10mM, 1.5M NaCl)에서 배양되고 4 개의 다른 시점에서 샘플링 된 세포 임피던스 실험의 실험 설계를 보여주는 다이어그램 (1) h, 5 시간, 1 일 및 5 일). 배양 후, 모든 세포를 PBS 완충액으로 3 회 세척하고 전기 임피던스 분석기에 주입하여 데이터를 수집 하였다. ( d) 전기 임피던스 측정 회로도. 조류 세포를 유입구 웰로부터 채널로 도입 하였다. 셀이 감지 영역을 통해 흐를 때, 두 전극 사이의 이온 전도 전류의 일부를 차단했습니다. 결과적으로이 영역에서 임피던스가 변경되었다. 이 변화는 8 개의 다른 주파수에서 로크 인 증폭기에 의해 포착되었다. 다운 스트림 분석을 위해 데이터를 연결된 컴퓨터로 전송했다.
( a ) 소프트 리소그래피로 만들어진 PDMS 미세 유체 채널이 두 쌍의 감지 전극으로 패터닝 된 유리 웨이퍼에 결합되는 장치의 이미지. ( b ) 채널과 전극의 현미경 이미지. ( c ) 피코 클로 륨 SE3 세포가 1M NaCl에 순응 한 후 광범위하게 다른 염분 조건 (10mM, 1.5M NaCl)에서 배양되고 4 개의 다른 시점에서 샘플링 된 세포 임피던스 실험의 실험 설계를 보여주는 다이어그램 (1) h, 5 시간, 1 일 및 5 일). 배양 후, 모든 세포를 PBS 완충액으로 3 회 세척하고 전기 임피던스 분석기에 주입하여 데이터를 수집하였다. ( d) 전기 임피던스 측정 회로도. 조류 세포를 유입구 웰로부터 채널로 도입 하였다. 셀이 감지 영역을 통해 흐를 때, 두 전극 사이의 이온 전도 전류의 일부를 차단했다. 결과적으로이 영역에서 임피던스가 변경되었다. 이 변화는 8 개의 다른 주파수에서 로크 인 증폭기에 의해 포착되었다. 다운 스트림 분석을 위해 데이터를 연결된 컴퓨터로 전송했다. / 사진=과학리포트저널

그러면서 "샘플을 실험실로 다시 보내지 않고도 세포의 상태를 평가하고 이해할 수 있기 때문에 주민들의 스트레스 지수를 기반으로 위협받는 생태계를 식별할 수 있게 된다."고도 했다. 

이 도구는 세포가 환경 조건에 의해 스트레스를 받거나 강한지 아니면 영향을 받지 않는지를 신속하게 나타낼 수 있다고 한다. 미생물은 머리카락의 직경보다 얇은 미세 채널을 통해 하나씩 통과하며, 세포가 채널을 통과할 때 도구의 전기장이 교란되는 양이 측정된다. 개체의 크기와 생리학적 상태를 반영하여 중요한 건강 판독 정보를 제공한다. 

미생물 일러스트 [이미지 출처=프리픽]

과학자들은 이 도구를 사용하여 산호초와 공생하는 다른 박테리아와 조류의 항생제 내성을 선별하여 산호 건강에 대한 더 나은 아이디어를 제공할 계획이라고 한다. 

한편, 사이언스엑스에 따르면 러트거 연구진은 2018년에 소금 습지와 평지에서 적대적인 조건에서도 생존하면서 진화한 녹조류는 박테리아에서 가져온 강한 유전자 덕분에 기후 변화에서 살아남을 것이라는 연구를 분자 생물학과 진화 저널에서 발표한 바 있다. 

미세 조류가 급변하는 환경에 어떻게 적응하는지 이해하면 먹이사슬의 기초에서 기후 변화가 생물학에 미치는 잠재적인 영향을 명확히 하는데 도움이 된다고 전문가들은 말한다. 

과학리포트 저널에 실린 해당 연구 [이미지 출처=과학리포트 저널]

 

포인트경제 박주현 기자

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