입력 2026.07.08 14:33
- SCI급 국제학술지 Colloids and Surfaces B: Biointerfaces에 게재
- 대장균 외막 유전공학 기술 기반 생체모방형 바이오센서 플랫폼 개발
- 알츠하이머병 유발 물질인 아밀로이드 베터 검출법 제시
한림대학교(총장 최양희) 융합신소재공학전공 박민 교수 연구팀이 알츠하이머병의 원인 물질을 조기에 고감도로 검출할 수 있는 혁신적인 바이오센서 플랫폼 기술을 개발해 세계적인 학술지에 게재하는 성과를 거뒀다.
선정된 논문은 “Construction of a bio-mimetic outer membrane layer via autodisplay of scFv on E. coli for SPR-based amyloid-β detection”으로 박민 교수 연구팀(교신저자 박민 교수, 제1저자 오민주 박사과정 학생)이 대장균 외막 고유의 특성과 유전공학 기술을 결합해, 별도의 복잡한 화학 처리나 차단제 없이도 알츠하이머 유발 물질을 선택적으로 잡아내는 ‘생체모방형 외막 레이어 기반SPR 바이오센서’를 개발했다.
이번 연구 성과는 생물물리학 분야의 세계적 권위지인 Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (IF: 5.9, Biophysics 분야 상위10%, Q1 등급)에 게재돼 학술적 가치를 높게 인정받았다.
치매의 주요 원인으로 알려진 아밀로이드 베타 단백질을 정밀하게 스크리닝하는 기술은 알츠하이머의 조기 진단에 있어 필수적이다. 그러나 기존의 바이오센서들은 센서 표면에 항체를 무작위로 흡착시키거나 복잡한 화학적 가교 반응을 거쳐 고정해야 하는 번거로움이 있었다. 이 과정에서 항체의 결합 부위가 무질서하게 배치되거나 구조적 변성이 일어나 감도가 저하되고, 비특이적 결합을 막기 위해 BSA와 같은 인공 차단제를 추가로 처리해야 해 재현성이 떨어진다는 한계가 있었다.
박민 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘오토디스플레이(Autodisplay)’ 기술에 주목했다. 대장균의 외막 유전공학 시스템을 활용해 아밀로이드 베타를 표적하는 단쇄 가변 파편(scFv) 항체를 세포 외막에 균일하고 높은 밀도로 직접 발현시켰다.
연구팀은 scFv 항체가 고밀도로 발현된 대장균의 외막만을 선택적으로 분리해 금 칩 표면에 코팅했다. 주사전자현미경(SEM) 및 Fourier Transform Infrared(FT-IR) 분석 결과, 분리된 외막층은 나노 수준에서 결함 없이 균일하고 연속적인 생체모방형 박막을 형성하는 것으로 확인됐다. 특히, 유전공학적으로 제어된 이 바이오 인터페이스는 일반 대조군 대비 약 35배 이상 높은 아밀로이드 베타 결합 친화도를 나타냈다.
무엇보다 대장균 외막 고유의 친수성 지질다당류가 센서 표면에서 불필요한 단백질 흡착을 막아주는 천연 항오염 막 역할을 해주어, 별도의 인공 차단제 처리 공정을 생략할 수 있게 됐다. 결과적으로 실시간 표면플라즈몬공명(SPR) 분석에서 아밀로이드 베타의 정밀한 검출이 가능했다.
박민 교수는 “이번 연구는 고가의 항체 정제 공정과 복잡한 센서 표면 개질 단계를 전면 생략하면서도, 자연계의 생체막 구조를 모방해 센서의 신호 대 잡음비와 구조적 안정성을 극대화할 수 있음을 증명한 사례”라며 “향후 알츠하이머 조기 진단 키트뿐만 아니라 다양한 바이오마커를 비표지 방식으로 모니터링하는 차세대 범용 플랫폼 기술로 확장이 가능할 것으로 기대한다”고 말했다.
해당 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 글로벌기초연구실사업 및 교육부 이공분야 학술연구혁신지원사업의 지원을 받아 수행됐다.