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스마트폰으로 장에 공생하는 세균을 직접 조종해, 염증 신호를 감지하고 치료하는 기술이 개발됐다. 돼지를 대상으로 한 동물 실험에서 효과가 확인돼, 향후 인간의 장 질환을 진단하거나 치료하는 데 큰 혁신을 가져올 수 있을 것으로 기대된다.
중국 톈진대와 서북농림과학기술대 연구진은 장내 세균과 무선으로 소통할 수 있는 ‘스마트 캡슐’을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 미생물학(Nature Microbiology)‘에 이날 게재됐다.
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람의 장 속에는 수많은 미생물이 살고 있다. 장내 세균은 소화 기능 외에 다양한 질환에도 영향을 미친다. 비만과 당뇨, 고지혈증 같은 대사 질환은 물론 심장 질환과 뇌혈관 질환, 심지어 우울증, 치매, 자폐증, 파킨슨병 등 뇌신경 질환까지 영향을 미친다고 알려졌다.
과학자들은 대장균과 같은 장내 세균의 유전자를 바꿔 사람 몸속에서 특정 약인터플렉스
물을 분비하는 연구도 했다. 하지만 유전자가 바뀐 세균이 몸 안에 들어가더라도 언제 약을 분비할지 외부에서 제어하기는 어려웠다.
이번 연구진은 대장균의 유전자를 변형해 염증이 있을 때 나오는 성분인 질산염을 감지하면 빛을 내고, 반대로 특정 발광 다이오드(LED) 빛을 감지하면 항염증 물질을 분비하도록 했다. 동시에 이 빛을 감지하는 스마인터넷황금성
트 캡슐도 개발했다.
스마트 캡슐을 삼키면 스마트폰 앱(app·응응프로그램)과 무선 연결된다. 사용자에게 대장균이 내는 빛 신호를 감지해 염증을 알리거나 반대로 스마트폰에서 명령을 받아 대장균을 자극하는 LED를 깜빡일 수도 있다.



장내 세균을 통해 소화기오션릴게임
관의 질병을 진단하고 치료하는 과정. a. 진단. 유전자 변형 대장균(붉은색)이 염증 신호인 질산염을 감지하고 빛을 냄. 먹는 스마트 캡슐(녹색)이 장내 세균의 발광을 감지해 블루투스를 통해 외부로 전송. b. 치료. 캡슐은 스마트폰 신호를 수신해 LED를 밝힘. 대장균이 빛을 감지하고 바이오 치료제(파란색)를 분비./Nature

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연구진은 대장염에 걸린 돼지 3마리에게 실험했다. 돼지들의 장에서 유전자가 변형된 대장균이 염증에서 나오는 질산염을 감지해 빛을 냈다. 스마트 캡슐은 이를 스마트폰에 알렸고, 다시 명령을 받아 LED를 켰다.
장내 대장균은 LED가 내는 빛을 신호로 항염증 성분을 분비해 염증을 억제했다. 장내 세균과 스마트 캡슐, 스마트폰이 실시간 교신하면서 진단부터 치료까지 성공한 셈이다. 연구진은 “장 속 미생물과 실시간으로 소통하는 시대가 열렸다”며 “이 기술은 향후 개인 맞춤형 치료에도 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.
영국 임페리얼칼리지런던의 데이비드 카레노(David Carreño) 연구원과 데이비드 T. 리글러(David T. Riglar) 교수는 이날 같이 실린 논평논문에서 “이번 연구는 장내 세균을 이용한 질병 진단과 치료의 가능성을 증명한 단계”라고 평가했다.
상용화하려면 극복해야 할 문제도 여럿 있다. 두 사람은 “유전자가 바뀐 세균은 장에 오래 머무르지 않아서 치료 효과를 높이려면 여러 번 섭취해야 한다”며 “스마트 캡슐도 크고 배터리가 빨리 소모돼 장시간 사용하기엔 한계가 있다”고 밝혔다.
참고 자료
Nature Microbiology(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41564-025-02057-w
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