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▲ A. 현미경에 스마트폰을 설치한 모습. B. 관찰하고자 하는 대상인 대장균의 모습. C. 세균의 움직임을 가상 컬러 이미지로 표시한 것으로 빨간색이 많이 움직이는 것이고 파란색은 움직임이 없는 것. Credit: Ines Villalba (EPFL))
최근 확산되고 있는 항생제 내성균은 그래서 큰 문제가 되고 있습니다. 세균 감염에 취약한 만성 질환자나 고령 인구가 계속 증가하고 있는데, 항생제가 잘 듣지 않는 세균이 자꾸 늘어나 이로 인한 사망자가 갈수록 늘어나는 것입니다.
이미 2019년에 항생제 내성균 관련 사망자는 127만 명에 달했습니다. 하지만 특별한 반전이 없는 한 이 숫자는 당분간 계속 늘어날 것으로 예상됩니다.
항생제 내성을 막기 위한 가장 중요한 방법은 항생제 남용을 막는 것입니다. 처음부터 마지막 단계 항생제를 사용하게 되면 세균이 자꾸 항생제에 노출되어 내성을 획득할 기회가 늘어납니다. 따라서 처음에는 일차 항생제를 먼저 사용하면서 세균을 배양해 항생제 감수성 테스트를 합니다.
하지만 세균 배양 및 동정, 항생제 감수성 검사에는 수일이 걸릴 수도 있습니다. 중환자인 경우 생사가 갈릴 수 있는 시간입니다. 의료진으로서는 그때까지 기다리기보다 항생제를 교체하고 싶은 생각이 드는 게 사실입니다. 그러나 항생제 감수성을 모르는 상태에서 마지막 단계 항생제를 처방하는 것은 효과도 장담할 수 없고 항생제 내성만 키울 수 있습니다.
스위스 로잔 연방 공과 대학(EPFL)의 산도르 카사스 박사와 벨기에 브뤼셀 자유 대학의 로니 윌라어트 교수가 이끄는 연구팀은 인터넷 검색이나 게임만 하기엔 넘치는 성능을 지닌 최신 스마트폰과 특수 현미경을 이용해 이 문제를 극복할 수 있는 방법을 찾아 냈습니다.
연구팀이 주목한 부분은 항생제에 노출된 세균의 미세한 움직입니다. 한 자리에 가만히 있는 것 같은 세균도 사실 주변에서 물질을 교환하고 더 살기 좋은 곳으로 이동하게 위해 끊임없이 움직입니다. 만약 이 움직임이 없다면 세균이 심한 스트레스를 받거나 죽기 직전, 혹은 이미 죽은 상황일 수도 있습니다.
연구팀은 저렴한 현미경에 스마트폰 카메라를 연결하고 앱을 설치해 이런 미세 움직임을 감지하는 광학 나노모션 감지 (optical nanomotion detection, ONMD) 기술을 개발했습니다.
기존의 항생제 내성 확인 방법은 항생제를 주고 세균이 증식할 수 있는지 검증하는 방식이라 아무리 빨라도 24시간이 걸렸고 결핵균처럼 증식 속도가 느린 세균의 경우 한 달이 필요한 경우도 있습니다.
연구팀에 따르면 스마트폰을 이용한 광학 나노모션 감지 방법은 2-4시간 정도면 해당 항생제에 대한 내성 정보를 확인할 수 있어 효과가 없는 항생제를 쓰면서 기다리거나 혹은 처음부터 마지막 단계에 가까운 항생제를 남용하는 일을 막을 수 있습니다.
더구나 스마트폰이나 현미경 모두 고가의 의료 장비가 아니고 이미 널리 쓰이는 기기이기 때문에 병원에서 쉽고 저렴하게 도입할 수 있습니다.
물론 이 주장이 현실이 되기 위해서는 진단 정확도가 매우 높아야 합니다. 환자의 생명이 달린 문제이기 때문에 구하기 쉽고 비용이 저렴한 것만으로 도입하기는 어렵습니다. 앞으로 임상 시험을 통해 실제 임상에서 진단 정확도와 효과를 입증할 수 있을지 주목됩니다.
고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
