국내 연구진이 이끄는 국제 공동연구팀이 전자현미경 관찰 때 미생물 시료의 수축과 변형을 최소화하면서도, 고가의 특수 장비 없이 활용할 수 있는 시료 제작 기술을 개발했다.

부산대는 의과대학 송치홍(융합의과학과) 교수 국제공동연구팀이 -80℃로 냉각한 구리 블록으로 시료를 빠르게 얼린 뒤 그대로 동결건조하는 ‘물 동결건조법’을 개발해 세균과 원생생물의 실제 모습에 가까운 미세구조를 관찰하는 데 성공했다고 18일 밝혔다.

주사전자현미경(SEM)으로 미생물 등 생물 시료를 관찰할 때에는 내부 수분을 제거하는 과정이 필수적이다. 그러나 기존 방식은 알코올 등 유기용매를 이용해 탈수하는 과정에서 세포가 크게 수축하거나 변형돼 실제 생명체의 원형 구조와 다른 형태로 관찰되는 구조적 한계가 있었다.

송치홍 교수팀은 일본 및 우크라이나 연구진과의 공동 연구를 통해 이러한 유기용매 탈수 과정을 전면 생략하는 대안을 제시했다. 순수한 물에 있는 시료를 -80℃로 급속 냉각한 구리 블록에 부드럽게 접촉시켜 빠르게 동결한 후, 물을 직접 승화시키는 방식을 적용한 것이다. 이를 통해 시료에 가해지는 화학적·물리적 손상을 최소화하면서 미생물의 미세 형태를 안정적으로 보존해냈다.

연구팀이 이 방식을 대표적 세균인 대장균에 적용한 결과, 기존 동결건조법에서 나타나던 세균층의 균열과 수축이 현저히 줄어들었다. 특히 기존 방식에서는 탈수 과정에서 대장균의 끝부분이 둥글게만 관찰됐던 것과 달리, WFD법을 통해서는 끝부분이 평평하거나 잘린 듯한 다양한 형태적 상태까지 온전히 보존되는 것이 확인됐다. 아주 작은 자극에도 급격히 수축하는 원생생물 ‘스피로스토뭄 암비구움’을 화학고정 없이 관찰한 결과에서도 기존 고압동결법 대비 길게 펼쳐진 자연스러운 형태와 표면 섬모 구조가 그대로 유지됐다.

이번에 개발된 기술은 고가의 전용 장비 없이 일반 실험실의 동결건조기만으로도 약 2, 3시간 내에 건조를 완료할 수 있어 범용성과 안전성이 높다. 이에 따라 향후 항균제 작용기전 규명, 세균 세포벽 분석, 바이오필름 구조 연구 등 다양한 미생물 분야에서 활발히 응용될 것으로 기대된다. 부산대 송치홍 교수는 “전자현미경 관찰 과정에서 시료 처리 자체가 원래 구조를 변화시키는 오래된 난제를 해결했다는 데 의의가 있다”며 “지금까지 확인하기 어려웠던 대장균의 다양한 미세 형태까지 관찰할 수 있어 향후 항균제 연구 및 미생물 분석에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.