새우.[게티이미지뱅크]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(GIST)은 기계로봇공학과 양성 교수 연구팀이 새우 양식 산업에 막대한 피해를 주는 흰반점 바이러스를 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 전기화학 기반 바이오센서를 개발했다고 밝혔다.

이번에 개발된 센서는 양식장에서 실시간으로 바이러스 감염 여부를 확인하고 조기 차단할 수 있어, 대규모 피해를 예방하는 데 기여할 것으로 기대된다.

흰반점 바이러스(WSSV)는 새우 등 갑각류를 감염시켜 흰반점병을 유발하며 불과 10일 내 집단 폐사를 일으킬 수 있는 치명적 바이러스로, 매년 전 세계 수산 양식 산업에 수십억 달러 규모의 경제적 손실을 초래하고 있다. 현재까지 상용화된 백신이 없어, 감염 개체를 조기에 선별하고 격리하는 것이 피해를 줄일 수 있는 유일한 방법이다.

기존 PCR(유전자 증폭) 검사는 높은 정확성을 제공하지만, 고가의 장비와 숙련된 인력, 수 시간 이상의 분석 시간이 필요해 현장 적용이 어렵다. 이에 따라 저비용·고속·고정확도의 현장 진단 기술 개발이 절실히 요구돼 왔다.

연구팀은 기존 개발된 금 나노입자 전극 표면에 ‘분자각인 고분자(MIP)’를 적용하여 흰반점 바이러스(WSSV)의 대표 단백질인 ‘VP28’을 정밀하게 인식할 수 있는 새로운 전기화학 센서 플랫폼을 구축했다.

여기에 사용된 고분자는 ‘o-아미노페놀(aminophenol)’이라는 작은 분자들이 반복적으로 연결되어 만들어진 것으로, 전극 표면에 이 고분자를 전기화학적으로 코팅하면 ‘VP28’ 단백질과 꼭 맞는 인식 자리가 생긴다. 이를 통해 항체나 효소 같은 고가의 생체물질을 사용하지 않고도 높은 정확도와 특이성을 확보할 수 있었다.

성능 평가 결과, 센서는 7 나노그램 퍼 밀리리터(ng/mL)의 낮은 검출 한계를 기록하며 기존 기법보다 민감도가 우수했다. 노로바이러스, 로타바이러스 등 다른 바이러스 단백질과 비교했을 때 약 4.5배 이상 높은 선택성을 보였고, 분석 시간도 15분 이내로 매우 짧아 신속한 진단이 가능했다. 같은 전극을 3회 이상 재사용해도 신호 변화가 13% 이내로 유지돼 경제적 활용 가능성도 확인됐다.

양성(왼쪽부터) GIST 기계로봇공학과 교수, 윤영란 박사.[GIST 제공]

또한, 실제 감염 새우 조직과 양식장 물 시료에서도 센서는 표준 PCR 검사와 유사한 정확성을 보였으며, 고염도 환경에서도 안정적인 성능을 유지해 양식 현장에서 즉시 적용할 수 있음도 입증됐다.

연구팀이 개발한 전기화학 센서는 기존 면역검출법과 달리 제작이 간단하고 저비용으로 대량 생산할 수 있으며, 현장에서 즉시 사용할 수 있는 실용성을 갖췄다.

양성 교수는 “이번 연구를 통해 저비용·고효율 현장 진단 플랫폼으로 양식업 현장에서 조기 진단을 통한 감염병 예방이 가능해졌다”며 “향후 다양한 바이러스 진단 플랫폼으로 확장해 수산업, 식품 안전, 인체 감염병 진단 등에도 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘센서스 앤 액츄에이터스 리포트’에 게재됐다.