[Science] 우리 몸에 침범하는 세균·바이러스의 정체 알려준다

스마트 바이오센서 개발… 암 등 각종 질환 진단·치료 가능

바이오센서는 우리 몸에서 분비되는 DNA,효소,항체 등의 기능 물질을 이용해 복잡한 화학물질을 검사하는 생체 감지기다.

'스마트 바이오센서'란 우리 몸으로 침범하는 여러 가지 세균이나 바이러스에 대해 색깔로 그들의 정체를 알려주고 암을 비롯한 각종 질환에 대해 빠르고，정확하게 알려주는 장치를 의미한다.

최근 우리나라에서도 DNA칩을 이용해 자궁경부암을 진단할 수 있는 방법이 개발됐다.

특히 복잡한 화학반응을 칩 위에 나타내면 병의 위험도를 정확하게 진단할 수 있다.

예를 들어 환자가 암에 걸렸다면 화학요법이 좋은지, 물리요법이 좋은지, 혹은 어떤 약이 치료에 효과가 있는지를 시험해 볼 수 있으며 이에 따라 개인의 유전자나 체질에 맞는 맞춤 치료가 가능해진다.

⊙ 미래형 스마트 바이오센서인 단백질 센서

차세대 바이오센서로 주목받고 있는 단백질 센서는 미래형 스마트 바이오 센서로 단백질체 연구의 핵심기술이다.

단백질센서 기술은 단백질 상호작용，단백질 특성 분석，신약 후보물질 스크리닝，질병 진단，식품 및 환경 모니터링 등에 사용된다.

단백질센서를 분석하기 위한 측정시스템 가운데 대표적인 것이 'SPR 이미징 시스템'이다.

이 시스템은 시료를 형광이나 방사성 물질로 표지하지 않고 실시간으로 수많은 시료를 분석할 수 있다.

사람의 병을 치료하는 신약 하나가 나오기까지는 평균 10~15년의 시간과 약 1조원에 가까운 비용이 필요하다.

이처럼 신약 개발에 드는 높은 위험부담을 줄이는 것이 연구자들의 당면과제다.

단백질센서를 이용하면 약물 재료의 사용량이 획기적으로 적어지고 한번에 수천~수만개의 약물 재료를 신속하게 검사할 수 있다.

따라서 단백질센서를 이용한 초고속 신약 스크리닝 기술은 '더 빨리，더 많이，더 싸게，더 좋은' 약물을 찾아낼 수 있는 21세기형 첨단 신약개발 기술이라고 할 수 있다.

단백질센서 스크리닝에서 찾은 생리활성 물질들은 질병에 치료효과가 있는지 여부를 1차적으로 세포를 이용해 검증 받는다.

이때 발굴된 신약 물질이 질병의 표적이 되는 단백질의 기능을 선택적으로 파괴시키는지 확인하게 된다.

이후 질병 모델동물을 이용해 질병의 치료 효과를 테스트한 다음 약물 후보물질로서 환자에게 적용될 수 있는지 여부가 임상시험을 통해 검증된다.

⊙ 유비쿼터스 헬스케어 시스템 이끈다

유비쿼터스기술과 나노기술이 생명공학 기술과 결합하게 된다면 우리의 생활이 어떻게 바뀔까.

다양한 분야의 기술 융합은 언제，어디서나 우리의 건강을 확인할 수 있는 환경을 가능하게 한다.

최근에 이 같은 환경이 구축된 시스템을 가리켜 '유비쿼터스 헬스케어 시스템(ubiquitous healthcare system)'이라고 일컫는다.

스마트 바이오센서를 이용한 유비쿼터스 헬스케어 시스템 환경이 구축된다면 사회 다방면에서 많은 영향을 줄 수 있다.

병원은 사람들에게 더 좋은 의료 서비스를 제공하고 사람들은 건강한 생활을 유지할 수 있을 것이다.

우리나라는 지역에 따라 의료환경의 차이가 많은데 특히 시골이나 소도시의 병원과 의사의 수가 대도시에 비해 턱없이 부족한 형편이어서 보건 의료환경의 불균형을 초래하고 있다.

하지만 유비쿼터스 헬스케어 환경에서는 가까운 편의점에서 쉽게 구할 수 있는 나노바이오센서와 휴대폰만 있으면 언제 어디서든지 진료를 받을 수 있기 때문에 이 같은 양극화를 줄일 수 있다.

게다가 환자가 직접 진단한 결과가 디지털 신호로 변환돼 병원으로 전송돼 여러 명의 의사에게 전달되기 때문에 다양한 전문가로부터 정확한 진단을 받을 수 있다.

스마트 바이오센서와 유비쿼터스 기술이 만나면 시간과 장소에 상관없이 우리몸의 질병을 검사할 수 있다.

유비쿼터스 시대에는 휴대폰，러닝머신，화장실 등을 이용할 때 자동으로 건강상태를 체크해 담당 의사한테 정보를 보낸다.

의사와 환자가 떨어져 있어도 원격진료 및 치료가 가능하며 환자의 모든 병에 대한 기록이 저장돼 있어 신속，정확한 진료와 치료가 이뤄질 수 있다.

의사나 간호사들에게는 모바일 PDA폰이 지급돼 모바일을 통해 화상진료가 가능해지며 의사가 병원 외부에 있어도 응급환자 상태를 실시간으로 확인할 수 있다.

또한 환자가 병원에 있지 않더라도 원격진료가 가능하게 된다.

영화에서 볼 수 있었던 꿈의 세계가 실현되는 것이다.

⊙ 국내 연구진 간기능 진단 스마트 바이오센서 개발

정봉현 한국생명공학연구원 박사 연구팀은 교육과학기술부 프로젝트로 스마트 바이오센서와 바이오칩 개발 연구를 4년째 수행하고 있다.

정봉현 박사팀은 이미 휴대폰을 이용해 간기능을 진단하는 기술을 개발했다.

연구팀은 혈액 속의 GOT，GPT 수치를 전기화학적으로 측정하는 센서를 개발한 후 이 센서와 휴대폰을 연결해 GOT，GPT 수치를 휴대폰을 통해 직접 측정할 수 있도록 했다.

또 측정된 수치는 휴대폰의 인터넷 기능을 통해 병원으로 전송될 수 있도록 했다.

정 박사는 "이 기술은 2007년 6월2일부터 9월2일까지 일본과학미래관에서 아시아를 대표하는 미래 첨단 기술로 전시되기도 했다"며 "연구팀은 최근 나노구조체를 이용한 고감도 나노바이오센서를 개발해 특허로 등록했으며 이 센서를 이용해 심근경색 등을 휴대폰 또는 PDA로 진단하는 상용화 기술을 개발하고 있다"고 소개했다.

연구팀은 2005년에 질병진단，신약개발 등에 광범위하게 사용될 수 있는 차세대 단백질칩 분석시스템 상용화에 성공한 바 있다.

이 단백질칩은 수백~수천개의 단백질을 1㎝?C1㎝ 정도의 작은 고체 기판 위에 고정해 단백질 상호작용을 분석하는 시스템이다.

단백질칩 시장 규모는 향후 수십~수백억달러에 이를 것으로 예측되고 있다.

이 기술은 단백질에 형광물질 등을 붙여 분석해 온 기존의 방식과 달리 칩 위에 직접 빛을 쬐어 칩 표면의 표면 플라스몬 공명이 변화하는 원리를 이용하기 때문에 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

연구팀은 2008년 세계에서 가장 작은 단백질칩 분석 시스템 개발에도 성공했다.

이 시스템은 휴대용으로 들고 다니면서 현장에서 질병진단，신약개발뿐만 아니라 환경 모니터링，유해 식품 검사，군사용 등으로 광범위하게 응용될 전망이다.

<도움말=정봉현 한국생명공학연구원 박사>

황경남 한국경제신문 기자 knhwang@hankyung.com