스마트폰 블루투스로 조종할 수 있고 삼킬 수 있는 소형 캡슐을 이용해 장내에 있는 유전자 조작 대장균을 제어해 질병을 진단하거나 치료하는 기술이 개발됐다.

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.

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