장내미생물은 동물의 장에 서식하는 미생물이다. 인체와 상호작용하며 건강에 큰 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 중국 톈진대, 시베이농림과기대, 하이난대 등 공동연구팀은 7월 28일 장내미생물의 활성을 스마트폰으로 조절하는 데 성공했다는 연구 결과를 국제학술지 ‘네이처 미생물학’에 발표했다. doi.org/10.1038/s41564-025-02057-w

장내미생물은 인체에서 소화를 돕거나, 면역 기능을 강화하고, 나아가 정신 건강에까지 영향을 주는 중요한 역할을 맡는다. 장내미생물의 활성을 조절하기 위한 연구가 활발하지만, 그간 생체 내에서 장내미생물의 활성을 모니터링하고 조절하는 것은 불가능했다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 장내미생물과 빛 신호를 주고받을 수 있는 광전자 캡슐을 개발했다. 연구팀이 개발한 광전자 캡슐은 지름 14mm, 길이 33mm로 크기가 작아 알약처럼 삼킬 수 있다. 캡슐에는 배터리가 내장돼 4.5V의 전력을 공급받는다. 또한 블루투스 모듈도 탑재돼 있어 스마트폰과 실시간으로 통신할 수 있다.

연구팀은 광전자 캡슐의 성능을 검증하기 위해 돼지를 이용해 실험에 나섰다. 우선 돼지 세 마리에게 결장염을 유발했다. 이후 대장균 균주 ‘EcN-NO-Lux’와 광전자 캡슐을 장에 투여했다. EcN-NO-Lux는 장내 염증에서 분비되는 산화질소를 감지해 빛을 내도록 유전자를 조작한 균주다. 그러자 실험 시작 3일 차에 결장염이 발생한 부위 근처에서 EcN-NO-Lux가 빛을 냈고, 광전자 캡슐이 이 빛을 감지해 스마트폰으로 결장염이 발생했다는 신호를 보냈다. 광전자 캡슐을 이용해 장내 질병을 진단한 것이다.

광전자 캡슐로 결장염을 치료할 수도 있었다. 연구팀은 돼지에게 녹색광을 쬐면 염증을 치료하는 단백질인 Nb-TNF를 합성하는 대장균 균주 ‘EcN-Opto-NbTNF’를 투여했다. 그리고 스마트폰으로 광전자 캡슐 속 LED가 녹색광을 방출하도록 조종했다. 그러자 EcN-Opto-NbTNF가 녹색광을 감지해 염증을 치료하는 단백질을 합성했다.

연구팀은 논문에서 “모든 실험 대상에서 염증 수치가 현저히 낮아진 것을 확인했다”면서 “본 연구는 합성생물학과 광전자학을 접목하면 디지털 건강진단과 치료가 가능하다는 가능성을 보여준다”고 했다.

장내미생물 조종하는 광전자 캡슐

7월 28일, 중국 연구팀은 블루투스 송수신기와 2.4GHz 안테나, 광센서, 배터리와 LED 광원을 탑재해 장내미생물을 스마트폰으로 조종할 수 있게 하는 광전자 캡슐을 개발했다고 밝혔다.