국내 연구진이 별도의 DNA 정제나 화학적 변형 없이도 식중독균을 현장에서 2시간 이내 신속·정확하게 검출할 수 있는 현장형 유전자 진단 기술을 개발해 주목받고 있다.

건국대학교 생물공학과 박기수 교수 연구팀은 대장균(O157:H7)과 리스테리아균을 감별할 수 있는 변형 없는 측방유동분석 기반 진단 플랫폼 ‘M-FLASH(Modification-Free Lateral Flow Assay for Specific Hybridization)를 개발하였다.

▲ 박 기수 교수 

이 기술은 복잡한 전처리 없이 단순 가열(Thermal lysis)로 유전자를 추출하고, 온도 변화 없이 증폭이 가능한 등온핵산증폭기술(LAMP)을 적용하여 장비 없이도 식중독균을 고감도로 검출할 수 있는 것이 특징이다.

특히, M-FLASH는 고가의 형광탐지기나 복잡한 변형이 필요한 기존 진단법과 달리, DNA 올리고뉴클레오타이드에 변형을 가하지 않고도 색변화로 검출 가능한 세계 최초의 시스템으로 평가된다.

 이는 소금 기반 고정화 방식(SAIoNs)과 마이크로파-건조법을 활용한 금나노입자 탐침 기술 등을 통해 구현되었으며, 진단 비용을 획기적으로 낮추는 동시에 대량 생산에도 용이하다.

 연구진은 실제 양배추·육포·계란껍질 등의 실제 식품 시료에 인위적으로 균을 오염시켜 실증 실험을 수행, 대장균은 10¹ CFU/mL, 리스테리아균은 10² CFU/mL 수준에서 색 변화로 정확히 검출하는 데 성공했다.

본 시스템은 다음과 같은 4가지 기술적 차별성을 바탕으로 기존 기술의 한계를 극복하였다.

① 유기용매나 효소 없이 단순 가열만으로 병원균 DNA 추출

② DNA 정제 없이 직접 등온핵산증폭 가능 → 분석 시간 단축

③ DNA 이중 서열 인식 프로브를 이용한 고정밀 하이브리디제이션 기반 검출

④ DNA 변형 없이 금나노입자 비색 반응으로 저비용·대량 제조 가능

 또한, 다중 진단(multiplex) 기능도 구현되어, 하나의 키트에서 대장균과 리스테리아를 동시에 구별·검출할 수 있으며, 스마트폰으로 결과를 판독하는 디지털화 시스템과의 연계도 가능하다.

 연구팀은 “기존 PCR 기반 시스템은 고가 장비와 전문 인력이 필수여서 현장 적용이 어려웠던 반면, M-FLASH는 개발도상국, 수출입 식품 검역, 항만·공항 방역, 재난 현장 등 자원이 부족한 곳에서도 바로 활용 가능한 유전자 진단 플랫폼”이라며,

 “향후 식중독균뿐만 아니라 항생제 내성균, 수인성 병원체, 호흡기 바이러스 등 다양한 병원체 진단에도 응용이 가능한 핵심 기반 기술로 확장될 수 있다”고 밝혔다.

 이번 연구는 식품의약품안전처의 스마트 식품안전관리사업(21163MFDS501)과 한국연구재단의 우수신진연구사업(RS-2025-00520021)의 지원으로 수행되었으며, 국제 화학분석 분야 저명 학술지 Analytical Chemistry (IF 6.8, JCR 상위 5.2%)에 2025년 7월호 표지논문(Front Cover)으로 선정되어 7월 15일 게재되었다.

[그림1] 식중독균의 현장 진단이 가능한DNA 변형이 필요 없는 종이기반 측방유동 분석 시스템(M-FLASH)의 개발