“열흘 만 집단 폐사 새우 양식 ‘재앙’ 막는다”···GIST, 전기화학 센서 개발

분자각인 고분자 기반 바이오센서를 이용한 흰반점 바이러스(WSSV) 검출 원리 모식도. [사진=GIST] 

[이뉴스투데이 백연식 기자] 광주과학기술원(GIST)은 기계로봇공학과 양성 교수 연구팀이 새우 양식 산업에 막대한 피해를 주는 흰반점 바이러스(White Spot Syndrome Virus, WSSV)를 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 전기화학 기반 바이오센서를 개발했다고 27일 밝혔다.

이번에 개발된 센서는 양식장에서 실시간으로 바이러스 감염 여부를 확인하고 조기 차단할 수 있어 대규모 피해를 예방하는 데 기여할 전망이다. 또한, 이번에 적용된 ‘분자각인 고분자(Molecularly Imprinted Polymer, MIP)’ 기반 전기화학 센서 플랫폼은 흰반점 바이러스뿐만 아니라 다양한 수산 바이러스와 인수공통감염병 조기 진단에도 활용할 수 있다.

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.

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

사용된 고분자는 ‘o-아미노페놀(aminophenol)’이라는 작은 분자들이 반복적으로 연결돼 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 한계(LoD)를 기록하며 기존 기법보다 민감도가 우수했다. 노로바이러스(NoV), 로타바이러스(RoV) 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.

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 면역검출법(PCR, ELISA, LFA)과 달리 제작이 간단하고 저비용으로 대량 생산할 수 있다. 현장에서 즉시 사용할 수 있는 실용성을 갖췄다. 높은 정확도를 제공하는 PCR과 신속검사의 편리함을 동시에 충족하는 차세대 현장 진단 플랫폼이다.

양 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.