'민감도 획기적 향상'…GIST, 검은 배경 신속항원키트 개발

(왼쪽부터) GIST 고등광기술연구원 이보빈 박사, 김기현 선임연구원.

광주과학기술원(GIST)은 고등광기술연구원 김기현 선임연구원 연구팀이 신속항원키트의 민감도를 획기적으로 향상할 수 있는 '검은 배경 기반 신속항원키트'를 세계 최초로 개발했다고 9일 밝혔다.

이번 연구는 밤하늘에서 별을 관측하는 원리를 진단키트에 응용한 혁신적인 접근으로, 기존 키트의 낮은 민감도와 위음성 발생 문제를 극복하며 PCR 수준에 근접한 성능을 구현했다.

PCR(Polymerase Chain Reaction)이란 특정 DNA를 신속하고 정확하게 증폭할 수 있는 기술로, 적은 양의 유전자 정보를 기하급수적으로 증폭하여 분석할 수 있게 해준다. 높은 민감도와 정확도로 소량의 시료로도 유전자의 존재 여부를 빠르게 확인할 수 있다. 하지만 고가의 장비와 전문적인 기술이 필요하고, 시간과 비용이 PCR 자체를 기반으로 하는 다른 방법보다 많이 소요될 수 있다는 단점이 있다.

신속항원키트는 코로나19 또는 임신 진단 등에 널리 활용되며, 간편하고 빠르게 현장 진단이 가능하다는 장점이 있어 감염병 고위험군의 조기 선별에 유용하다.

그러나 항원의 농도가 낮을 경우 신호가 희미하게 나타나 위음성이 발생할 가능성이 크고, 이로 인해 정확한 감염 진단에는 한계가 있었다.

실제로 코로나19 팬데믹 당시, 신속항원키트는 PCR 검사 수요를 감당하지 못하는 상황에서 보완적 수단으로 긴급 사용 승인을 받았지만, 진단 정확도 측면에서는 신뢰성을 확보하는 데 어려움이 있었다.

이에 따라 신속항원진단 기술은 정밀도가 상대적으로 중요하지 않은 임신 진단 등에 주로 활용됐고, 높은 정확도가 필수적인 감염병 진단 분야에서는 제한적으로 사용됐다.

검은 배경에서 금 나노입자의 산란 신호를 포착하는 원리.

이러한 한계를 극복하기 위해 연구팀은 진단키트의 배경을 검은색으로 설계하는 구조적 개선을 도입했다. 기존 키트는 흰색 배경에서 금 나노입자가 만드는 붉은색 흡광 신호를 눈으로 관찰하는 방식인데, 흰 배경에서 반사광과 산란광이 강하게 발생해 미세한 신호가 잘 보이지 않는 문제가 있었다.

연구팀은 '밤하늘의 별이 낮에는 잘 안 보이지만, 밤에는 선명히 보인다'는 자연 현상에서 착안해 불필요한 빛의 반사를 줄이는 검은 배경을 적용했다. 그 결과, 금 나노입자의 신호가 훨씬 더 또렷하게 관측되었으며, 극미량의 바이러스 검출도 가능해졌다.

김기현 선임연구원은 "이번 연구는 신속항원키트의 장점인 간편함은 유지하면서도 민감도를 비약적으로 향상해 기존 방식으로는 검출이 어려웠던 극미량의 바이러스까지 포착할 수 있게 됐다"며 "감염병을 비롯한 다양한 임상 및 공공보건 분야에서 신속항원키트가 PCR에 준하는 수준의 정확도를 구현하는 데 중요한 전환점이 될 것이다"고 말했다.

호남취재본부 민찬기 기자 coldair@asiae.co.kr