[논문]라만 분광법을 활용한 세균 검측 기술

노지현; 이태권

doi:10.7845/kjm.2017.7034

라만 분광법을 활용한 세균 검측 기술
Rapid bacterial identification using Raman spectroscopy 원문보기

Korean journal of microbiology = 미생물학회지, v.53 no.2, 2017년, pp.71 - 78

초록
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라만 분광법은 레이저가 분자의 공명에 의해 산란되는 특성을 이용하여 세포 내 지질, 핵산, 단백질 등의 구성물질을 신속하게 측정할 수 있어 단세포 수준의 세균 검측에 적합한 기술로 알려져 있다. 세포 구성물질에 대한 높은 특이성과 민감성 때문에 라만 스펙트라(spectra)만으로 일부 종 수준의 세균 계통분석이 가능하다. 또한 탄소-13, 수소-2 등의 동위원소를 동시에 사용하였을 경우 단세포의 생리적 활성 변화에 대한 정량평가에 활용 할 수 있다. 라만 분광법을 이용한 세균 검측 이후에도 광학핀셋과 미세유체칩과 연계하여 관심 있는 난배 양성 세균을 선택적으로 분리하거나 단세포 유전체 연구에 이용할 수 있을 정도로 응용 범위가 넓다. 본 총설에서는 라만 분광법을 활용한 미생물 분석 연구의 정확한 이해를 돕고자 기존의 연구를 중심으로 라만 분광법의 특성과 응용분야에 대해서 검토, 정리하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Raman microspectroscopy is a promising tool for microbial analysis at single cell level since it can rapidly measure the cell materials including lipids, nucleic acids, and proteins by measuring the inelastic scattering of a molecule irradiated by monochromatic lights. Using Raman spectra provides high specificity and sensitivity in classification of bacteria at the strain level. In addition, a Raman approach coupled with stabled isotope such as $^{13}C$ and $^2H$ is able to detect and quantify general metabolic activity at single cell level. After bacterial detection process by Raman microspectroscopy, interested unculturable cell sorting and single cell genomics can be accomplished by combination with optical tweezer and microfluidic devices. In this review, the characteristics and applications of Raman microspectroscopy were reviewed and summarized in order to provide a better understanding of microbial analysis using Raman spectroscopy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

1). 본 총설에서는 라만 분광법의 분석 원리, 방법, 미생물 생태학 분야에서 응용 방법에 대해 다루고자 한다.
본 총설에서는 라만 분광법의 원리와 미생물 분석에 응용할 수 있는 다양한 분야에 대해서 기존 연구 결과들을 바탕으로 정리하였다. 라만 분광법은 별도의 전처리 과정 없이 세포 구성물질을 실시간 수준으로 조사 가능하기 때문에 단세포 수준의 검측 기기로써 가치가 매우 높다.

성능/효과

라만 분광법은 미생물 검측 뿐만 아니라 다른 기술과 융합하여 환경의 복잡한 미생물 군집으로부터 관심 있는 미생물을 선택적으로 분리하는데 이용할 수 있다. 광학 집게(optical tweezer)는 고초점의 레이저 빛을 사용하여 미생물을 선택적으로 분리해 내는데 이용되고 있다(Xie et al.
본 총설에서는 라만 분광법의 원리와 미생물 분석에 응용할 수 있는 다양한 분야에 대해서 기존 연구 결과들을 바탕으로 정리하였다. 라만 분광법은 별도의 전처리 과정 없이 세포 구성물질을 실시간 수준으로 조사 가능하기 때문에 단세포 수준의 검측 기기로써 가치가 매우 높다. 또한 생리적 활성 평가뿐만 아니라 형광 현미경, 미세유체칩 등의 다른 장치들과의 결합이 용이하기 때문에 다양한 미생물 분석에 응용될 수 있다.

후속연구

그럼에도 불구하고, 기기의 낮은 접근성 때문에 그 동안 국내 미생물 연구자들의 활용이 제한적일 수 밖에 없었지만 단세포 수준의 연구가 점점 증가함에 따라 라만 분광법의 필요성이 점차 늘어날 것으로 예상된다. 따라서 국내에서도 세균의 라만 데이터베이스 구축, 실험 조건에 따른 라만 시프트 변화 실험 등의 기초적인 자료 수집부터 식품, 의료 등 다양한 산업 분야에 활용될 수 있는 응용 기술까지 체계적인 연구가 지속되어야 할 것이다.
라만 분광법은 별도의 전처리 과정 없이 세포 구성물질을 실시간 수준으로 조사 가능하기 때문에 단세포 수준의 검측 기기로써 가치가 매우 높다. 또한 생리적 활성 평가뿐만 아니라 형광 현미경, 미세유체칩 등의 다른 장치들과의 결합이 용이하기 때문에 다양한 미생물 분석에 응용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 기기의 낮은 접근성 때문에 그 동안 국내 미생물 연구자들의 활용이 제한적일 수 밖에 없었지만 단세포 수준의 연구가 점점 증가함에 따라 라만 분광법의 필요성이 점차 늘어날 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	라만 분광법의 특징은?	라만 분광법은 레이저가 분자의 공명에 의해 산란되는 특성을 이용하여 세포 내 지질, 핵산, 단백질 등의 구성물질을 신속하게 측정할 수 있어 단세포 수준의 세균 검측에 적합한 기술로 알려져 있다. 세포 구성물질에 대한 높은 특이성과 민감성 때문에 라만 스펙트라(spectra)만으로 일부 종 수준의 세균 계통분석이 가능하다.
	세균은 어떠한 환경에서 군집을 이루는가?	세균은 대기, 토양, 물 뿐만 아니라 식물과 동물을 포함한 거의 모든 환경에 군집(community)을 이루며 살아가며, 군집은 그 구조와 다양성에 따라 서로 다른 기능으로 나타나게 된다. 군집을 이루는 기본 단위는 세균 한 종(species)이며, 연구자들은 관심 있는 종을 분리 및 배양 연구를 통해 환경의 기능을 추론한다.
	라만 분광법이 세균 계통분석에 사용될 수 있는 이유는?	라만 분광법은 레이저가 분자의 공명에 의해 산란되는 특성을 이용하여 세포 내 지질, 핵산, 단백질 등의 구성물질을 신속하게 측정할 수 있어 단세포 수준의 세균 검측에 적합한 기술로 알려져 있다. 세포 구성물질에 대한 높은 특이성과 민감성 때문에 라만 스펙트라(spectra)만으로 일부 종 수준의 세균 계통분석이 가능하다. 또한 탄소-13, 수소-2 등의 동위원소를 동시에 사용하였을 경우 단세포의 생리적 활성 변화에 대한 정량평가에 활용 할 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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