미국 질병통제예방센터(CDCP)에 따르면 매년 식중독과 같은 음식 관련 질병으로 인해 심각한 피해가 발생하고 있는 중이다.

매년 미국에서만 약 12만 8000명의 환자가 발생하고 있는데 이중 약 3000명이 사망하고 있는 것으로 나타나고 있다. 이런 상황에서 가장 긴장하고 있는 곳이 식량이나 식품을 공급하는 업체들이다.

음식으로 인한 피해를 사전에 차단하기 위해 신기술 개발에 천문학적인 금액을 퍼붓고 있지만 뚜렷한 성과를 거두지 못하고 있었다. 이런 상황에서 과학자들이 세균에 바코드를 부여한 후 세균의 움직임을 추적할 수 있는 기술을 개발해 큰 주목을 받고 있다.

세균포자 DNA 염기서열을 바코드로 활용

5일 ‘사이언스’, ‘Phy.org’, ‘뉴사이언티스트’ 등 주요 과학언론에 따르면 이 기술을 개발한 곳은 하버드 의과대학(HMS)이다.

연구진은 4일 국제학술지 ‘사이언스’에 게재된 논문을 통해 식량이나 식품 안전에 해를 끼치는 세균들을 추적하기 위해 세균포자 DNA를 바코드화해 세균 이동 상황을 정밀 추적하는데 성공했다고 밝혔다.

논문 제목은 ‘Follow the barcoded microbes’이다.

연구팀은 논문을 통해 그동안 농업계와 식품업계에서 세균 증식으로 인한 질병을 막기 위해 많은 노력을 기울여왔으나 별다른 효과를 거두지 못하고 있었다고 밝혔다.

이런 상황에서 연구팀이 주목한 것은 세균의 포자생식(sportation) 과정이다.

세균들은 주변 환경에서 위협을 감지할 때 어미의 유전체를 널리 확산시키는 포자(spores)를 생성한다. 종자(seed)에 의한 유성생식 과정을 대신해 자손을 퍼뜨릴 수 있는 홀씨에 의한 무성생식 과정을 말한다.

연구진은 세균의 포자가 어떻게 이동하는지 그 경로를 파악하기 위해 바코드가 주입된 인공적으로 합성한 세균포자를 만들었다. 그리고 농장이나 식품공장에서 산출한 식량‧식품에 주입한 다음 그 이동 경로를 추적했다.

그리고 수개월이 지난 다음 인공적으로 주입한 세균 포자가 어느 곳에 위치하고 있는지 파악한 결과 그 소재지를 정확히 찾아낼 수 있었다.

논문은 또 이 시스템(DNA-barcoded microbial system)이 각종 세균 DNA를 데이터화해 박테리아의 존재를 정밀 추적할 수 있으며, 향후 저렴한 비용으로 세균 발생 상황을 파악할 수 있는 길을 열었다고 말했다.

음식물 세균 관련 질병 차단에 기여할 듯

최근 들어 과학자들은 세균과 주변 환경 간의 상호작용에 대해 다양한 연구를 진행하며, 세균의 세계를 면밀히 파악하고 있었다.

하버드의대의 이번 연구 결과는 사람들이 사물인터넷 등을 통해 사물의 이동을 정밀 추적해 인간 삶에 활용할 수 세균의 움직임을 파악하며 적절한 활용이 가능하다는 것을 말해주는 것이다.

더 나아가 다양한 종류의 세균 이동을 파악하고 적절히 대처해나갈 경우 음식물뿐만 아니라 다른 종류의 세균 이동을 파악할 수 있으며, 세균으로 인한 전염병 퇴치가 가능하다는 것을 말해주고 있다.

하버드의대 연구진이 실험에 사용한 세균은 빵을 만들 때 사용하는 이스트(yeast)와 프로바이오틱스(probiotics) 유산균이다.

연구에 참여한 하버드의대(HMS)의 시스템생물학자 마이클 스프링어(Michael Springer) 교수는 “지난 수십 년 간 농업계와 식품업계에서는 접종‧방역 등을 위해 세균포자를 적절히 사용해왔다.”고 말했다.

“그동안 하버드대 연구진은 세균포자에 바코드를 주입하는 기술을 개발해왔으며, 이 포자의 이동을 통해 음식물과 관련된 세균 추적이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.”고 말했다.

바코드가 주입된 합성 세균포자 생성이 가능했던 것은 최근 발전하고 있는 DNA 유전자 염기서열을 손쉽게 파악할 수 있는 증폭 기술 때문이다. 이 기술을 세균 포자에 적용해 바코드화가 가능했고, 세균의 움직임을 파악하는데 성공할 수 있었다.”고 설명했다.

연구진이 또 중요하게 관심을 기울인 것은 안전성이다.

스프링어 교수는 식량이나 식품이 어떤 장소에 보관돼 있든지 바코드가 주입된 합성 세균 포자가 위해를 가하지 않도록 다양한 장소에서 포괄적인 실험을 통해 안정성을 입증할 수 있었다고 말했다.

연구진은 또 세균포자들이 사람에게 섭취될 경우 발생할지 모르는 위험성을 막기 위해 포자들이 외부에 노출됐을 경우 곧 소멸하도록 제작했다고 밝혔다.

교수는 “그동안 식품 안전을 위해 천문학적인 비용이 투입되고 있으나 세균을 퇴치하는데 별다른 효과를 거두지 못하고 있었다.”며, “연구 결과를 통해 음식물과 관련된 질병을 사전 차단할 수 있기를 기대했다.”고 말했다.