| 초록 |
□ 연구의 목적 및 내용 [제1세부] ◯ 연구의 목적: DDT 인지리간드를 활용한 DDT감지 가시화 기술 및 감지 키트 개발 ◯ 연구개발 내용 1) DDT 인지리간드 탐색 및 감지를 위한 가시화 기술 개발 - DDT인지 결합단백질의 고속 탐색과 효율적 생산 - DDT결합단백질을 이용한 DDT감지 가시화 기술개발 2) DDT 감지의 가시화 및 정량화 기술개발 - 골드나노파티클을 이용한 DDT결합단백질의 표면고정화 - RET현상을 이용한 DDT인지 가시화 - DDT감지 가시화를 통한 정량적 분석기술 개발 3) DDT 모니터링을 위한 감지 키트 개발 - DDT감지 가시화기술을 위한 바이오잉크의 개발 - DDT감지 감지 키트의 개발 - DDT의 현장검출 증명 [제2세부] ◯ 연구의 목적: 본 연구는 유기인계 특이적 감지용 유전자회로 구축 및 저가형 잔류농약 감지 키트 개발을 목적으로 함. 이를 위해서 다음과 같은 세 개의 연구 내용을 수행함. ◯ 연구개발 내용 - 유기인계 농약 분해용 Methyl parathion hydrolase 효소를 장착한 유기인계 농약 감지를 위한 유전자 회로를 구축하고 최적화함. - 유기인계 농약 감지 유전자회로에 다양한 DmpR 변이체를 어레이로 이용하여 유기인계 잔류농약별 감지 특이성 향상 - 3D 프린팅, 아두이노, 스마트폰 앱 활용한 저가형 유해물 모니터링 디바이스 구축 - 감지 키트의 현장 적용을 위한 포장 샘플 조건 탐색 및 검증 [제1협동] ◯ 연구개발 내용 -‘살충제 계란(’17.7)’ 파동으로 농식품 안전관리가 사회 이슈화 - 경산, 영천 유기 양계 농가 DDT 오염 계란은 방사장 토양이 원인으로 판별됨(농진청) - 농업환경 중 유해잔류물질의 효율적인 모니터링 조사를 위해 현장에서 신속하게 이들의 잔류량을 확인할 수 있는 바이오센서 개발 필요 - 개발된 바이오센서의 기존 화학적 분석 및 정밀기기 분석방법과의 비교 검토를 통한 현장 적용성 향상 필요 □ 연구개발성과 [제1세부] 1) DDT결합단백질의 확보 - DDT와 결합하는 다클론항체(pAb) 확보하고 대량정제 특성분석 - DDT와 결합하는 단일클론항체(mAb)를 확보하고 대량으로 생산 - 다클론항체(pAb)보다 비특이적 반응이 감소함을 확인 - DDT 결합단백질의 결합력이 높은 mAb확보 및 DNA 서열 분석 완료 2) 현장 진단용 센서 제작 - DDT 현장 분석을 위한 Lateral flow immunoassay(LFA)센서 제작 - DDT현장분석이 가능한 ELISA개발 완료 3) 소형 형광측정기 사업화 - 소형형광측정기 시제품제작 [제2세부] 1) 개량된 dmpR 유전자와 Fenitrothion 분해 효소 유전자 MPH, 그리고 리포터를 조합한 감지 유전자회로 개발. 1ppm 이하 Fenitrothion 감지능. Fenitrothion 외 EPN, Paraoxon-ethyl 유기인계 성분들의 감지 확인. 기존 기술에 비해 간단한 전처리 및 빠른 감지로 (5시간) 미생물 센서를 이용하므로 저가로 대량의 샘플 처리 가능. 실제 포장시료 감지 작동 확인 및 기기 분석 결과와 높은 유사도 확인 2) 센서 집합체를 사용하여 평균 85% 이상의 유해물 식별 성능을 갖춘 유전자회로 개발. 유해물의 농도를 예측하기 위한 적합도, LOD, dynamic range 등의 지표에서 모두 단일 센서에 비해 향상된 성능 (논문출판 IF 10.256, 특허 우선권 출원 10-2018-0147608) 3) 아두이노 기반 모터/레이저 컨트롤과 3D프린팅을 이용한 맞춤형 프레임 디자인, 그리고 스마트폰을 활용한 이미지 분석시스템 이용하여 휴대형 감지기의 센서에서 발현되는 형광을 원거리에서 감지할 수 있는 바이오융합형 디바이스를 개발함. 농업기술박람회와 (2019.6) 한국생물공학회 추계학술대회 출품 우수상 수상 4) 실제 포장에서 처리한 식물 및 토양 시료에 대한 센서 어레이 검증 [제1협동] - 토양 중 DDT의 작물흡수․이행 및 제거기술 개발 - 기존 잔류성유기염소계농약 검출지역(경산) 정밀조사 - 국내 유기축산 인증 양계농가 및 젖소, 육우 사육농가 방사지 토양, 물,사료작물에 대한 잔류성유기염소계 농약의 노출량 평가 및 안전성 확인 - 대상 작물 및 토양에 대한 spiking 비교시료 조제방법 확립 - 토양 및 작물 시료에 대한 기존 화학적 분석법 및 바이오센서 기술의 비교 분석 - 개발된 바이오센서의 화학적 분석법과의 비교 검토를 통한 개발기술의 현장 적용성 평가 - 유해물질 모니터링 데이터의 신뢰성을 위한 검사방법, 조건 등의 표준화 □ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과) - 식품 및 환경에 잔류 중인 DDT의 신속한 감지에 사용되며 저가형 시스템의 간편한 조작법으로 전문가가 아닌 농민 등 일반 사용자들이 활용 가능 - 빠른 응답을 갖는 휴대용 DDT 바이오센서는 샘플내 농약이나 독성물질을 검출로 의료 분야에서 진단과 치료에까지 확장 가능 - 점차 확대되는 오염물질과 오염지역에 대한 감시용 키트를 제품화하여 경제적 가치 창출 기대 - 바이오센서 집합체와 기계학습의 융합을 통한 기존 바이오센서 기술의 식별 한계 극복 - 센서 종류, 기질 농도를 세분하여 추가 데이터를 수집할 경우 높은 성능 향상 기대할 수 있으며 자동화 시스템을 연계해서 빅데이터 수집가능 -고가의 장비 및 다양한 센서 반응을 필요로 하는 오염지역의 고가 장비 대체 가능하며 특히 지뢰, 스마트팜 환경 센서 등 미생물 기반 바이오센서 활용성 극대화 가능 - 농업환경 중 유해오염물질의 관리기준 설정 및 저감화 기초자료 제공 - 방사지, 방목지의 농약유래 잔류성유기오염물질 잔류량 평가 및 관리기준 설정 - 국내 유기농 축산지와 양계농가의 잔류성유기염소계 농약의 잔류성 평가로 POPs 등 유해물질 관련 사건·사고시 생산자(농민)의 불필요한 피해을 줄이고, 소비자(시민)들의 건강 위해 불안 요소 해소 (출처 : 국문 요약문 4p) |
