'미생물의 대화' 실시간 관찰한다

빛과 열을 이용해 미생물의 집단행동을 실시간 관찰한 결과다. 위 그림은 다양한 모양의 마이크로판 근처에 형성된 생물막의 현미경 관찰 결과이며 동일한 구조에 대해 열전달 시뮬레이션을 이용해 얻은 마이크로판 근처의 온도분포변화율이다.

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 미생물 간의 신호 체계를 실시간 확인할 수 있는 기술을 개발했다. 미생물이 어떤 연유로 집단행동에 나설 수 있는지 실시간 확인할 수 있어, 미생물의 환경 적응력에 대한 정확한 정보를 파악할 수 있게 될 것으로 예상된다.

한국연구재단은 김경호 충북대학교 교수, 박홍규 고려대학교 교수, 보치 티안 시카고대학교 연구원 등 국제공동연구팀이 빛과 열을 이용해 미생물의 집단행동을 실시간 관찰하는 방법을 개발했다고 14일 밝혔다.

박테리아 칼슘이온으로 대화

제작된 실리콘 나노선 일부에 강한 레이저 빛을 가해 순간적으로 열을 발생시켜, 열원 근처로 박테리아가 모이는 과정에 대한 모식도(왼쪽)와 실제 나노선 근처에 모인 모습에 대한 현미경 사진이다.

연구팀은 실리콘을 이용해 레이저 빛에 의해 순간적으로 열을 낼 수 있는 나노구조체를 개발했다. 이를 통해 특정 미생물의 특정 부위에만 정밀하게 열 자극을 가할 수 있다. 또 구조체에서 나오는 빛을 통해 미생물의 움직임을 실시간 관찰할 수 있다.

기존에는 특정 미생물이 아닌, 미생물 군집 전체를 대상으로 기계적 자극을 가하거나 화학물질 반응을 통해 미생물의 활동을 유추해왔다.

연구팀은 이 기술로 박테리아를 실험한 결과, 박테리아가 칼슘이동 파동을 통해 군집한다는 것을 확인했다. 열 자극을 받은 박테리아를 중심으로 동심원 모양으로 칼슘이온 파동이 일어나고 이 파동이 25마이크로미터 거리의 이웃한 박테리아까지 전파된다는 것을 알아냈다.

연구팀은 디스크(원형 형태) 형태의 실리콘 구조체를 통해서도 같은 실험을 진행해, 박테리아가 칼슘이온 파동을 주고 받는 것을 관찰했다. 공간적인 급격한 온도변화가 박테리아 군집내 칼슘이온 파동 발생의 원인이라는 것을 확인한 것이다.

미생물의 환경적응력 정확하게 파악

연구팀은 이 기술을 통해 미생물 집단의 활동을 빠르고 정밀하게 관찰할 수 있어, 향후 미생물의 환경적응력에 대한 이해를 높이는데 활용할 수 있을 것으로 예상했다.

박테리아 군집은 상호간 신호전달과 협력을 통해 마치 하나의 적응성 다세포 유기체처럼 행동한다. 군집 내의 신호전달은 영양부족 등의 다양한 환경변화에 좀 더 탄력 있게 대처할 수 있도록 도와준다. 이같은 현상을 관찰해 환경 변화에 따른 박테리아 군집의 반응과 그 안정적인 생존을 이해할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

이번 연구는 국제 학술지인 사이언스 어드밴시스에 14일 소개됐다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr