[사이테크+] "스마트폰으로 장내 대장균 제어해 질병 진단·치료한다"

작성일 07-29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 中 연구팀 "돼지 실험서 장내 유전자 조작 대장균 제어해 대장염 진단·치료" 
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 (서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 스마트폰 블루투스로 조종할 수 있고 삼킬 수 있는 소형 캡슐을 이용해 장내에 있는 유전자 조작 대장균을 제어해 질병을 진단하거나 치료하는 기술이 개발됐다. 
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 <img alt="스마트폰으로 조종 가능한 소형 캡슐로 장내 유전자 조작 대장균을 제어하는 실험 염증 물질을 감지하면 빛을 내도록 유전자 조작된 대장균을 스마트폰으로 조종 가능한 소형 캡슐과 함께 대장염 모델 돼지의 장에 투입하는 실험. 캡슐은 대장염 염증 부위에서 대장균이 질산염에 반응해 발생시킨 빛 신호를 감지, 스마트폰 앱으로 전달하고, 연구팀은 캡슐 내 LED가 빛을 내도록 조종해 대장균 내부의 빛 감응 유전자를 활성화함으로써 대장균이 항염증 나노항체(nanobody)를 분비하도록 유도한다.[Nature Microbiology, Taofeng Du et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/29/yonhap/20250729050144390neqk.jpg" data-org-width="1066" dmcf-mid="BYzmZoTNZ0" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/29/yonhap/20250729050144390neqk.jpg" width="658">
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 스마트폰으로 조종 가능한 소형 캡슐로 장내 유전자 조작 대장균을 제어하는 실험 염증 물질을 감지하면 빛을 내도록 유전자 조작된 대장균을 스마트폰으로 조종 가능한 소형 캡슐과 함께 대장염 모델 돼지의 장에 투입하는 실험. 캡슐은 대장염 염증 부위에서 대장균이 질산염에 반응해 발생시킨 빛 신호를 감지, 스마트폰 앱으로 전달하고, 연구팀은 캡슐 내 LED가 빛을 내도록 조종해 대장균 내부의 빛 감응 유전자를 활성화함으로써 대장균이 항염증 나노항체(nanobody)를 분비하도록 유도한다.[Nature Microbiology, Taofeng Du et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]
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 중국 양링 서북농립과기대 타오펑 두 교수와 톈진대 한제 왕 교수팀은 29일 과학저널 네이처 미생물학(Nature Microbiology)에서 소형 스마트 캡슐이 내는 빛에 반응하도록 대장균(Escherichia coli) 유전자를 조작하고, 캡슐을 블루투스로 스마트폰에 연결해 돼지 장내 대장균을 제어하는 데 성공했다고 밝혔다.
 연구팀은 이 연구는 스마트폰으로 조종할 수 있는 캡슐을 이용해 외부에서 돼지 장내 박테리아와 양방향으로 통신하고 박테리아를 제어하는 게 가능하다는 것을 보여준다며 이를 대장염(colitis) 같은 질병의 진단이나 치료에 활용할 수 있다고 말했다.
 사람을 포함한 동물의 위장관에는 수많은 미생물은 서식하고 건강에 큰 영향을 주는 것으로 알려졌지만, 이들 미생물을 제어할 수 있는지는 명확하지 않다. 
 연구팀은 특히 대장균 같은 박테리아는 동물 내부 특정 부위에 약물을 전달하도록 유전자를 조작할 수 있지만, 박테리아가 일반 동물 몸속으로 들어가면 그것들과 통신하거나 이들의 거동을 제어하기는 사실상 어렵다고 지적했다.
 연구팀은 이 연구에서 빛 신호를 이용해 스마트 캡슐과 서로 통신할 수 있게 대장균을 광유전학적으로 조작한 다음 캡슐과 함께 돼지 장내에 투입하고, 이 캡슐을 블루투스로 스마트폰 앱에 연결해 대장균과 통신하고 제어할 수 있음을 입증했다.
 이어 이 기술의 질병 진단·치료 활용 가능성을 알아보기 위한 개념 증명 연구로, 질병 지표인 질산염(nitrate)을 감지했을 때 빛을 내도록 대장균 유전자를 조작해 대장염 모델 돼지 3마리의 장에 투입하고 이어 스마트 캡슐을 삼키게 했다.
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 <img alt="스마트폰으로 조종 가능한 캡슐과 대장균을 이용한 질병 진단·치료 과정 (a) 질병 진단 : 유전자 조작 박테리아는 질병 신호(염증물질 등)를 감지하면 빛을 내며, 광전자 캡슐은 이를 감지해 블루투스로 정보를 스마트폰에 전달한다. (b) 질병 치료 : 의료진이 신호를 보내 캡슐 내부 LED 불빛이 켜지게 하면 박테리아 내부의 광 감응 유전자가 활성화돼 항염증 나노항체를 분비한다. [Nature Microbiology, Taofeng Du et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/29/yonhap/20250729050144597ebwn.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="bb6WzrFOH3" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/29/yonhap/20250729050144597ebwn.jpg" width="658">
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 스마트폰으로 조종 가능한 캡슐과 대장균을 이용한 질병 진단·치료 과정 (a) 질병 진단 : 유전자 조작 박테리아는 질병 신호(염증물질 등)를 감지하면 빛을 내며, 광전자 캡슐은 이를 감지해 블루투스로 정보를 스마트폰에 전달한다. (b) 질병 치료 : 의료진이 신호를 보내 캡슐 내부 LED 불빛이 켜지게 하면 박테리아 내부의 광 감응 유전자가 활성화돼 항염증 나노항체를 분비한다. [Nature Microbiology, Taofeng Du et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]
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 그 결과 스마트 캡슐은 대장염 염증 부위에서 대장균이 질산염에 반응해 발생시킨 빛 신호를 감지해 스마트폰 앱으로 전달하는 것으로 나타났다.
 연구팀은 또 앱을 이용 캡슐 내 LED가 빛을 내도록 함으로써 주변에 있는 대장균 내부의 빛 감응 유전자가 활성화해 대장균이 항염증 나노항체(nanobody)를 분비하도록 유도, 대장염을 완화하는 데 성공했다.
 연구팀은 이 기술은 살아 있는 동물 체내에 있는 유전자 조작 박테리아의 행동을 정밀하게 제어할 수 있게 해준다며 이를 통해 박테리아를 활용한 질병 진단과 치료의 정확성을 더 높일 수 있다고 설명했다.
 이어 이 시스템을 더 발전시켜 박테리아와 캡슐 간의 양방향 통신을 여러 번 할 수 있게 만들고 임상시험까지 한다면 장차 이 기술을 인간 질병 치료에 적용할 수 있는 가능성도 열릴 것이라고 덧붙였다.
 ◆ 출처 : Nature Microbiology, Taofeng Du et al., 'Ingestible optoelectronic capsules enable bidirectional communication with engineered microbes for controllable therapeutic interventions', https://www.nature.com/articles/s41564-025-02057-w
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