(Stephanie Fraley (left) reviews bacterial DNA melt curve data with her graduate students(Credit: UCSD))
패혈증(sepsis)는 혈액 속에 세균이 돌아다닐 뿐 아니라 이로 인해 심각한 염증 반응이 전신적으로 발생하는 것으로 심한 경우 생명이 위험한 상황에 이를 수 있습니다. 따라서 패혈증의 치료는 염증을 일으키는 세균을 제거할 뿐 아니라 생명을 위협할 수 있는 다양한 상황 (예를 들어 패혈증에 의한 쇼크)에 대한 치료가 필요합니다. 항생제가 그 중 하나인 것은 당연합니다.
하지만 피 속에 세균이 돌아다닌다고 해서 바로 그 종류를 알아낼 수 있는 것은 아닙니다. 통상적인 치료 방법은 이런 세균이 원인일 것으로 추정하고 경험적 항생제를 예방적으로 투여하는 것입니다. 동시에 원인균을 동정하기 위해서 혈액이나 기타 검체에서 세균 배양을 실시합니다. 이렇게 세균을 알아내는데는 몇일이 걸릴 수도 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해서 세균의 DNA를 조사해 바로 세균을 동정할 수 있는 방법이 개발 중입니다. 캘리포니아 대학 샌디에고 캠퍼스 University of California San Diego (UCSD)의 스테파니 프렐리 (Stephanie Fraley, 사진)와 그녀의 동료들은 기계 학습과 microfluidics (칩위의 실험실이라고 불리는 미세 동정 기술), High Resolution Melt (HRM, 특정 DNA 염기 서열을 확인하는 기술) 기술을 이용한 신속하고 정확한 박테리아 동정 기술을 저널 네이처 사이언티픽 리포트에 발표했습니다.
이 기술의 핵심은 혈액 속의 박테리아 DNA를 신속하게 동정하는데 있습니다. 1ml의 혈액을 이용해서 최소 20피코리터(picoliter)의 극소량의 혈약을 담을 수 있는 홈에 넣고 세균을 녹인 후 DNA를 증폭시켜 형광을 입혀 판독을 하는 것입니다. 이 과정에서 연구팀은 사람이 눈으로 보고 판독하는 것이 아니라 기계 학습 알고리즘을 이용해 진단 정확도를 99%까지 끌어올렸다고 발표했습니다.
실제 임상에 적용되기 위해서는 좀 더 연구가 필요하겠지만, 상용화가 가능하다면 수 시간 이내로 원인균을 찾아낼 수 있어 빠르고 정확한 진료에 큰 도움이 될 것으로 기대합니다. 일단 소량의 혈액만으로도 검사가 가능한 부분에서 기존의 혈액 배양 보다 훨씬 편리한 검사가 될 것으로 기대되네요.
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