박테리아를 더 쉽고 빨리 배양할 수 있는 방법이 개발됐다. ‘살아있는 항생제’로 불리는 델로비브리오 박테리아를 대량으로 생산해 의료 연구 등 다양한 산업에 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
UNIST(총장 이용훈) 생명과학과 로버트 미첼 교수팀은 ‘살아있는 항생제’인 포식성 박테리아를 활용하기 위한 대량 배양법과 생산 기술인 ‘one-pot 배양’ 시스템을 개발했다. 쉽고 빠르게 포식성 박테리아를 배양할 수 있는 것이다.
연구팀은 포식성 박테리아 중 가장 많이 연구되고 있는 델로비브리오 박테리오보루스 HD100(Bdellovibrio bacteriovorus HD100)의 배양법을 연구했다. 델로비브리오는 다른 박테리아 안으로 들어가 그 박테리아를 분해하고 먹으면서 성장한다. 이런 특성을 활용해 ‘슈퍼박테리아’라고 불리는 항생제 내성균에 감염된 환자를 치료하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
그림1. 포식성 박테리아인 B. bacteriovorus HD100 성장을 단순화하기 위한 대체 배양 방식
기존 포식성 박테리아를 배양하기 위해선 대장균을 배양한 뒤 대장균 세포만을 분리했다. 이를 다시 포식성 박테리아 배양액인 HEPES에 희석하고 포식성 박테리아를 넣게 된다. 이런 과정을 위해 각기 다른 플라스크가 필요하고 48시간 이상의 배양시간이 필요하다.
연구팀이 개발한 ‘One-pot 배양’ 시스템은 복잡한 공정과 배양시간을 절반 이상 크게 줄였다. 포식성 박테리아와 먹이가 되는 박테리아의 성장 특성을 분석하고 두 세균을 처음부터 동시 배양한다. 배양액의 pH, 삼투압 등 여러 조건을 최적화해 24시간 안에 박테리아를 배양할 수 있게 만들었다.
연구팀은 개발한 시스템을 소량의 박테리아 배양을 통해 입증했다. 발효 반응기를 활용한 대량 배양 또한 성공적으로 진행했다. 기존 플라스크에서 56억 마리/ml의 농도로 배양 가능했던 것을 70억 마리/ml의 농도로 약 25% 상승시켰다.
그림2. Scheme D 배양 방식을 적용하여 발효 반응기 내에서 먹이 박테리아인 대장균(E. coli K-12 MG1655)와 포식박테리아(B. bacteriovorus HD100)의 성장을 시간에 따라 현미경으로 보여주는 그림
로버트 미첼 생명과학과 교수는 “이번 연구는 델로비브리오 박테리오보루스 HD100을 더 쉽고 빠르게 배양함으로써 살아있는 항생제로서의 사용 가능성을 높였다”며 “또한 환경 조건에 민감한 포식성 박테리아를 산업적으로 사용하기 위한 생산의 기초를 마련했다”고 전했다.
이 연구 결과는 국제 학술지인 케미컬 엔지니어링 저널 ‘Chemical Engineering Journal에 12월 15일 온라인 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 창의도전연구기반지원 사업의 지원을 받아 진행됐다.
