미생물 이동·성장도 ‘주름 패턴’으로 조절 가능

- 미생물의 이동·증식·유전자 발현까지 조절하는 ‘주름 표면’ 개발 -

한국식품연구원(원장 백현동, 이하 식품연)은 미세한 ‘주름’ 패턴을 이용해 미생물의 움직임과 성장을 정밀하게 조절할 수 있는 혁신 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 표면구조만으로도 식중독균과 같은 미생물의 이동 방향, 증식 양상, 심지어 유전자 발현까지 영향을 줄 수 있다는 사실을 규명한 것이다.

이번 연구에서 사용된 표면 주름(wrinkle)은 실리콘 고분자 재료(PDMS, polydimethylsiloxane)에 일정한 방향으로 잡아당기는 것과 표면 산화 처리를 조합해 매우 정밀하게 제작된다. 먼저 PDMS를 일정 방향으로 늘린 상태에서 표면을 플라즈마로 처리하면, 산화된 단단한 박막층이 형성되고, 이후 원래 상태로 풀어주면 유연한 하부층과 경직된 상부층 사이에서 자연스럽게 주름(wrinkle) 구조가 형성된다. 형성되는 주름의 간격(주기)은 약 1~2마이크로미터(µm) 수준으로, 이는 일반적인 식중독균(예: 대장균, 살모넬라균 등)의 크기와 유사한 물리적 범위에 해당한다.

덕분에 미생물들은 주름 구조를 장애물처럼 인식하게 되고, 주름의 방향을 따라 정렬되거나 유도된 방향으로 이동하게 된다. 또한 주름의 틈새나 끝단에 머무르며 회전하거나 머무르는 특이한 행동도 관찰되었다.

이러한 주름 구조는 단순한 표면 효과를 넘어서, 미생물의 부착 위치, 이동 경로, 증식 방식까지 정밀하게 제어할 수 있다는 점에서 감염 억제, 바이오센서 개발, 식중독 예방 등 다양한 실용적 응용 가능성을 보여준다.

또한 PDMS 표면에 ‘동심원 패턴의 주름’을 형성해, 미생물이 일정한 방향으로 이동하거나 틈새에 머물며 회전하는 현상을 관찰하였다. 특히 식중독균인 대장균 O157이 주름 구조를 따라 빠르게 이동하거나 균열 부위에 회전하며 부착하는 모습과, 제한된 공간에서의 증식 양상이 일반 환경과 확연히 다름을 확인하였다.

유전자 발현 유도물질을 주름 표면에 투여한 결과에서도, 농도에 따라 유전자 발현량이 달라지는 등 물리적 구조와 화학 환경의 복합 조절이 가능함도 입증되었다.

식품연 임민철 박사는 “이 기술은 향후 식중독균을 빠르게 찾아내는 기술, 병원성 미생물의 행동 분석, 유전자 발현 제어 연구 등 식품안전과 바이오메디컬 분야에 광범위한 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다”고 밝혔다.