1. 서 론

유전자변형생물체 (Living Modified Organisms, LMO)는 농업 생산성과 환경 적응성을 개선하고자 개발된 생물체로, 농업과 생명공학 산업 분야에 큰 영향을 미치고 있다 (Kumar et al. 2020). 특히, 1990년대 후반부터 전 세계적으로 LM 작물의 승인과 재배가 본격화되면서 관련 연구와 기술 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 2024년 8월 기준으로 전 세계에서 총 614건의 LM 작물이 승인 되었으며, 이 중 옥수수가 290건으로 가장 큰 비중을 차지하고 면화 (72건)와 콩 (대두, 52건)이 뒤를 잇고 있다 (ISAAA 2024). 후대교배종 405건과 단일 이벤트 209건이 승인되었으며, LM 작물의 재배 면적은 매년 증가 추세를 보이고 있다. 2012년 약 163백만 헥타르였던 LMO 재배 면적은 2022년 약 202백만 헥타르로 확대되었으며, 신규 재배국이 추가되고 있어 앞으로 재배면적은 더욱 늘어 날 것으로 전망된다 (NIE 2024)

이러한 LM 작물 중, Agrobacterium sp. strain CP4에서 유래한 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) 유전자는 지난 25년간 유전자변형생물체 개발에 핵심적으로 사용되어 온 제초제 저항성 유전자이다 (Yoon et al. 2021). CP4 EPSPS 단백질은 세계적으로 널리 사용되는 글리포세이트 (glyphosate) 기반 제초제에 저항성을 부여하며, 이러한 작물 (CP4 EPSPS 유전자를 지닌)의 재배는 주요곡물 및 섬유 작물의 생산성을 극대화하고 농업의 효율성을 증대시키는 데 기여하고 있다. 이로 인해 CP4 EPSPS 단백질을 발현하는 유전자변형 작물은 전 세계적으로 유통되고 있으며, 우리나라에서도 이러한 작물의 수입이 지속적으로 증가하고 있다 (Han et al. 2016). 이에 따라 제초제 저항성 LMO 단백질을 현장에서 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 기술은 작물 관리 및 검역 등 규제의 측면에서 반드시 필요하다.

현재 LMO 검출에는 주로 PCR (Polymerase Chain Reaction) 기반의 분자진단 기술이 사용되고 있다. PCR 기술은 높은 민감도와 특이성을 바탕으로 정확한 분석을 제공하는 강력한 도구로, 유전자 변형 여부를 신뢰성 있게 판별할 수 있다. 그러나 이 기술은 몇 가지 중요한 한계를 가지고 있다. 첫째, PCR 기술은 비용적인 측면에서 고려할 요소가 있으며, 특수한 장비와 전문성 있는 기술이 요구되어 일부 환경에서는 활용에 제한이 있을 수 있다 (Choi et al. 2023). 이는 분석 장비가 부족한 지역이나 현장에서 즉각적으로 적용하기 어렵다는 단점을 야기한다. 둘째, PCR 분석에는 상당한 시간이 소요되며, 시료 준비와 분석 과정이 복잡하여 대규모 시료를 처리하기에 비효 율적이다. 이러한 문제로 인해, PCR 기술은 현장 조사보다는 연구실 환경에서 제한적으로 활용되고 있다.

이와 같은 PCR 기술의 한계를 보완하기 위해 최근에는 lateral flow assay (LFA) 기반의 간이 검사 키트가 주목받고 있다. LFA 기술은 빠르고 간단한 분석을 가능하게 하며, 고가의 장비나 전문 인력이 없어도 현장에서 제초제 저항성 단백질을 신속하게 검출할 수 있다 (Kim 2021). 그러나 현재 국내에는 LMO 검출을 위한 상용화된 LFA 키트가 없어 대부분 해외 제품에 의존하고 있다. 이들 해외 제품은 민감도와 신속성이 뛰어나지만, 몇 가지 제약이 존재한다. 이들 해외 제품은 민감도와 신속성이 뛰어난 장점이 있으나, 몇 가지 제약이 존재한다. 우선, 가격이 높아 대량으로 사용하기 어려우며, 다양한 작물에 대해 동일한 수준의 성능을 보장하기 어려운 경우가 많다. 또한, 국내 농업 환경과 작물 종류에 최적화되어 있지 않아 효율적인 활용에 한계가 있다. 또한, 국내 농업 환경과 작물 종류에 최적화되어 있지 않아 효율적인 활용에 한계를 드러내고 있다.

따라서, 국내 환경에 적합하고 가격 경쟁력을 갖춘 LFA 기반의 제초제 저항성 단백질 검출 키트 개발은 매우 중요한 과제로 대두되고 있다. 본 연구의 목표는 기존의 해외 제품을 대체할 수 있는 신뢰성 높은 LFA 키트를 개발하고, 이를 통해 현장에서 신속하고 효율적인 LMO 검출이 가 능하도록 하는 것이다.

2. 재료 및 방법

CP4 EPSPS 검출 간이 면역 검사 키트에서 사용된 항체는 국립생태원에서 개발한 재조합 CP4 EPSPS 단백질을 기반으로 ㈜인투앱 (YntoAb Co., Ltd., Seongnam, Republic of Korea)에 의뢰하여 제작되었다. 해당 항체는 파지 디스플레이 (phage display) 기술을 활용하여 생산 되었다. 추가로 실험에 사용된 상용 항체는 Mybiosource (Mybiosource Co., Ltd., San Diego, CA, USA)에서 제조된 CP4 EPSPS 항체 2종을 구매하여 사용하였다 (Table 1).

Lateral flow assay 시스템 구축에 사용된 NC membrane (PW-90; Polywick Co., Ltd., Ansan, Korea)은 Polywick에서, 샘플 패드 (sample pad)와 결합 패드 (conjugate pad)는 Ahlstrom (Ahlstrom Co., Ltd., Espoo, Finland)에서 구매 하였다.

본 연구에서 사용된 표준물질은 비유전자변형 인증 표준물질 (Certified Reference Material, CRM) 및 유전자 변형생물체 (Living Modified Organism, LMO) 인증 표준물질로, IRMM (Institute for Reference Materials and Measurements, Geel, Belgium)과 AOCS (American Oil Chemists’ Society, Urbana, IL, USA)에서 총 20종을 구매하여 사용하였다 (Table 2).

2.1. 샘플 준비

CP4 EPSPS 검출을 위해 확보된 20종의 인증 표준물질을 1~5 mg을 1.5 mL EP 튜브에 옮기고, 1% Triton X-100 이 포함된 10 mM PBS 용액 1 mL를 첨가하였다. 이후 vortex로 교반하여 총 단백질을 추출하였다. 민감도 시험의 경우, GT73 CRM (#AOCS 0304-B3, 99.2%)을 사용하였으며, CP4 EPSPS 유전자를 포함하지 않은 CRM을 블랭크 (#73496 Rapeseed )로 사용하였다. GT73에서 추출한 용액의 상층액을 희석하여 민감도 실험에 활용하였다.

2.2. 금 나노입자 합성

금 나노입자의 합성은 Citrate 환원법을 이용하였다. 이 방법은 금 이온을 Sodium citrate로 환원하여 금 나노 입자를 합성하는 가장 보편적인 방식으로, 물, HAuCl₄, Sodium citrate만을 사용하여 단일 단계로 합성이 가능하다. 본 연구에서는 Turkevitch가 1951년에 보고한 방법 (Turkevich et al. 1951)을 기반으로 하여 약 40 nm 크기의 금 나노입자를 합성하였다. 이는 간단하면서도 높은 재현성을 가지는 방법으로, 금 나노입자의 생산에 적합하다.

2.3. Dynamic Light Scattering

DLS 측정은 금 나노입자 및 항체-금 중합체의 입자 크기와 분포를 분석하기 위해 수행되었다. Anton Paar Litesizer 500 (Anton Paar, Graz, Austria)를 사용하여 수행하였다. 시료는 1 mL의 DIW에 분산시킨 후 25°C에서 측정하였다. 각 시료에 대해 3회 반복 측정을 수행하여 평균값을 계산하였으며, Z-average 및 PdI 값을 통해 입자 크기 및 균질성을 평가하였다.

실험적으로 허용 가능한 범위는 PdI 값이 2.0 이하인 경우로 설정하였으며, 본 연구에서 개발한 금 나노입자 항체 결합체의 PdI 값은 1.89로, 안정적인 분산성을 유지하는 것으로 판단된다.

2.4. Zeta Potential 측정

Zeta Potential 측정은 입자의 표면 전하를 평가하기 위해 전기영동 광산란 (Electrophoretic Light Scattering) 원 리를 기반으로 수행되었다 (Jung et al. 2021). 최소 농도 0.1 mg mL^-1로 준비된 시료 700 μL를 Omega cuvettes에 담아 Anton Paar Litesizer 500 장비 (Anton Paar)로 25°C 에서 3회 반복 측정하였다. 측정 결과는 입자의 안정성과 표면 특성을 분석하는 데 활용되었다.

2.5. 항체-골드 중합체 제조

항체-골드 중합체는 불순물이 제거된 항체를 Colloidal gold 1 mL에 대해 50 μg mL^-1 농도가 되도록 100 mM Borate로 희석하여 준비하였다. 항체와 Colloidal gold를 혼합 후 1시간 동안 반응시킨 뒤, Bovine Serum Albumin (BSA)을 사용하여 블로킹 (blocking)을 수행하였다. 블로킹 후, 4°C에서 14,000 rpm으로 15분간 원심분리하여 상층액을 제거하고, 침전물을 BSA가 포함된 버퍼로 재용해 하여 약 20배 농축되도록 준비하였다.

2.6. 항체-골드 중합체를 이용한 면역크로마토그래피 기반 lateral flow assay (LFA)

본 연구에서는 항체-골드 중합체를 활용하여 면역크로 마토그래피 기반의 LFA 방식을 개발하였다. 이 시스템은 흡수패드, 멤브레인, 중합체패드, 샘플패드의 순서로 구성 되었다. LFA 방식은 샘플 적용 후 이동, 탐지 항체와 포획 항체 간 결합, 그리고 결과 해석이라는 작동 원리를 기반으로 한다. 이 방법은 결과를 신속하게 도출할 수 있는 장점을 가지며, 현장에서의 실용성을 높인다.

2.7. CP4 Strip test

본 연구에서는 CP4 Strip test는 국립생태원에서 제공된 CP4 EPSPS 항체 2종 (#mAb 1, mAb 2)과 상용화 항체 2종 (Mybiosource #mAbA, #mAbB)을 활용하여 항체 쌍 (pair) 테스트를 진행하였다. Capture antibody는 1 mg mL^-1 농도로 설정하여 멤브레인에 overnight 고정하였으며, detection antibody gold conjugate은 4 μL/strip, 시료 추출 용액으로는 1% Triton X-100이 포함된 10 mM PBS 를 사용하여 확인하였다.

2.8. CP4 EPSPS rapid kit 분석시간 설정

CP4 EPSPS rapid kit의 분석 시간을 검증하기 위해 표준용액 (CP4 EPSPS protein-GT73)을 100% 용해시킨 뒤, 표준제품과 개발된 제품을 CP4 strip test 방법을 기반으로 rapid kit 감도를 육안으로 시간별 (2 min, 5 min, 10 min)로 확인하였다.

2.9. CP4 EPSPS rapid kit 민감도 시험

CP4 EPSPS rapid kit 민감도 시험 방법은 표준용액 (CP4 EPSPS protein-GT73)을 100% 용해한 뒤, CP4 EPSPS가 포함되지 않은 73496 Rapeseed 작물도 동일한 조건에서 100% 용해하여 두 물질을 혼합한 후 CP4 strip test 방법을 기반으로 GT73 작물에 대한 측정 하한 농도를 평가하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 금 나노입자 합성

국립생태원에서 제공받은 항체와 상용 항체를 Colloidal gold와 중합하여 키트의 안정성을 평가하기 위해 pH 8.4에서 최적 조건을 확인하였다. 이는 Colloidal gold를 활용한 진단 키트 개발 시, 항체의 결합 효율성과 장기 안정성을 높이는 데 중요한 요소이다.

이를 위해 Colloidal gold 1 mL에 대해 50 μg mL^-1 농도로 조제한 항체를 3가지 pH 조건 (7.4, 8.4, 10)의 완충용액으로 각각 100 μL 준비하였다. 준비된 항체와 Colloidal gold를 혼합하여 1시간 동안 반응시킨 후, BSA를 사용하여 블로킹 (blocking)을 수행하였다. 블로킹은 30분간 진행하였으며, 이후 14,000 rpm에서 4°C로 12분간 원심분리하여 상층액을 제거하였다. 남은 침전물은 BSA가 포함된 완충용액을 사용하여 재용해하였고, 최종적으로 20배 농축된 형태로 준비하였다.

완충 용액 pH에 따른 항체-중합체 확인 결과, pH 7.4 조건에서는 Colloidal gold와 항체 간의 응집 현상이 관찰되었으나, pH 8.4에서는 응집 없이 안정적으로 결합이 유지 되었다. 이는 CP4 EPSPS 항체-골드 중합체 제조 조건에서는 완충용액 pH 8.4에서 더 높은 안정성을 제공하며, 키트의 재현성과 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 의미한다. 또한, 농축 과정에서도 항체의 구조적 변형이나 결합력 감소없이 안정성을 유지함을 확인하였다 (Fig. 1). 따라서, pH 8.4 조건이 Colloidal gold 기반 진단 키트에서 최적의 결합 조건으로 작용하며, 이를 통해 CP4 EPSPS 항체-골드 중합체 성능 및 장기 저장 안정성이 개선될 수 있음을 확인하였다.

3.2. Dynamic Light Scattering 측정

Dynamic Light Scattering (DLS)을 활용하여 40 nm 금 나노입자와 항체 결합체의 입자 크기와 분산성 지수 (Polydispersity Index, PdI)를 정량적으로 분석한 결과를 Fig. 2에 정리하였다.

40 nm 금 나노입자의 Z-average는 34.86 nm, PdI은 0.157로 나타나 균일하고 응집 현상이 최소화된 상태임을 확인하였다. 반면, 항체 결합체의 Z-average는 62.37 nm, PdI은 0.189로 측정되었다. 이는 항체 결합에 따른 입자 크기 증가가 다소 높은 다분산성에 관련됨을 의미한다 (Fig. 2). 이와 같은 결과는 물리적인 흡착 방식을 이용한 나노입자-항체 중합체에 사용된 4종 (mAb1, mAb2, mAb A, mAb B)의 항체 모두 동일한 경향을 보여 CP4 EPSPS mAb A에 대한 결과로 분석하였다.

DLS 분석 결과는 금 나노입자가 단일 피크의 균등한 분포를 보인 반면, 항체 결합체는 크기 증가와 함께 분포의 미세한 변화를 나타냈다 (Fig. 2). 이러한 결과는 금 나노입자가 우수한 균질성을 유지하는 동시에, 항체 결합으로 인해 발생하는 응집 가능성에도 불구하고 항체 결합체가 여전히 실험적으로 허용 가능한 균질성 (PdI≤0.2)을 유지함을 시사한다 (Park et al. 2016).

본 연구에서 개발한 금 나노입자 항체 결합체는 상대적으로 낮은 PdI 값을 유지하며, 이는 항체 결합 이후에도 균일성을 유지하고 있어 키트의 안정성과 효율성을 높일 수 있음을 시사한다.

3.3. Zeta-potential 측정

본 연구에서는 40 nm 금 나노입자 및 금-항체 결합체의 Zeta-potential을 측정하여 콜로이드 시스템의 안정성을 평가하였다. Electrophoretic Light Scattering (ELS) 기술 을 활용하여 입자 간 전기적 반발력을 분석하였으며, 이는 입자의 분산성과 전체적인 안정성을 결정하는 중요한 요소이다.

Zeta-potential은 입자 표면과 주변 매질 사이의 전위차를 나타내며, 일반적으로 Zeta-potential 값이 +30 mV 이상 또는 -30 mV 이하이면 강한 전기적 반발력이 존재하여 입자 간 응집을 방지하고 안정성을 유지하는 것으로 알려져 있다.

40 nm 금 나노입자의 Zeta-potential은 -38.9 mV로 측정되었으며, 이는 강한 음전하로 인해 높은 분산 안정성을 나타냄을 의미한다. 항체 결합 후 Zeta-potential은 -30.4 mV로 변화하였으며 (Fig. 3), 이는 항체가 금 나노 입자 표면에 결합하면서 표면 전하가 부분적으로 감소한 결과이다. 그러나 여전히 -30 mV 이하의 값을 유지하고 있어, 항체 결합 후에도 콜로이드 시스템의 안정성이 유지됨을 확인할 수 있었다 (Bhattacharjee 2016;Behera et al. 2024).

일반적인 금 나노입자-항체 결합체의 Zeta-potential 값은 약 -30 mV 내외로 측정되는 반면, 본 연구에서 개발한 금 나노입자의 경우 항체 결합 전후에도 높은 음전하를 유지하여 전기적 반발력이 크고 향상된 안정성을 보였다. 이는 장기 보관 및 진단 키트 응용에서 보다 우수한 특성을 제공할 수 있음을 시사한다. 추가적으로, 본 연구에서 시험한 네 가지 CP4 EPSPS 항체 모두 동일한 경향성을 보여 DLS 분석과 동일하게 CP4 EPSPS mAb A로 분석하였다.

3.4. CP4 strip test (pair test 결과)

본 연구에서는 국립생태원에서 제공한 CP4 EPSPS 항체 2종 (#mAb A, #mAb B)과 상용 항체 2종 (Mybiosource #mAb1, #mAb2)을 활용하여 항체 쌍 (pair) 테스트를 진행하였다. 항체 쌍 선정 기준은 비특이적 신호 대비 특이적 신호의 강도 차이를 바탕으로 평가하였으며, 이를 위 해 세 가지 항체 쌍 (A, B, C)을 설정하여 비교 분석하였다 (Fig. 4). A 항체 쌍 (Capture: Mybiosource CP4 EPSPS mAb1 / Detection: YntoAb CP4 EPSPS mAb B)은 비특이적 신호가 강하게 발생하여 분석에 적합하지 않은 것으로 판단되었다. B 항체 쌍 (Capture: Mybiosource CP4 EPSPS mAb1 / Detection: YntoAb CP4 EPSPS mAb A)의 경우 비특이적 신호 및 감도가 다소 낮았지만, 항체 쌍 조합은 형성하는 것으로 판단되었다. 마지막으로 C 항체 쌍 (Capture: Mybiosource CP4 EPSPS mAb1 / Detection: Mybiosource CP4 EPSPS mAb2)은 비특이적 신호 대비 감도가 가장 우수하여 최적의 항체 쌍으로 선정되었다. 결과적으로, B, C 항체 쌍이 최적의 조합을 형성하는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 연구에서는 B, C 항체 쌍을 최종적으로 선정하여 CP4 EPSPS strip test의 검출 성능을 평가 하였다.

이와 같은 결과를 바탕으로 비특이적 신호를 최소화하고 신호 대비 감도를 극대화하는 최적의 항체 조합을 도출 할 수 있었다. 이는 향후 CP4 EPSPS의 현장 검출 시스템 개발에 중요한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.

3.5. CP4 EPSPS strip test 특이도 확인

CRM 20종 작물을 대상으로 두 가지 항체 조합의 특이도를 CP4 EPSPS pair test 조건과 동일한 환경에서 평가 하였다. 시험 결과, A와 B 조건 모두에서 CRM 16번 (40- 3-2)에서 T-line이 검출되지 않았다. 그러나 A 조건에서는 CRM 7번 (MON15985)에서 강한 비특이적 반응이 관찰되었으며 (Fig. 5), 이로 인해 A 조건의 항체 조합은 CP4 EPSPS rapid kit의 항체 쌍으로 적합하지 않은 것으로 판단되었다. 본 실험에서 사용된 CRM 20종 목록과 상세한 실험 조건은 Table 1에서 확인할 수 있다.

3.6. CP4 strip test 최적화 조건

최종 선정된 항체 조합을 기반으로 LFA 시스템에서 사용되는 단백질의 안정화 및 최적화를 위해 conjugate pad와 sample pad를 평가하였다 (Fig. 6). Ahlstrom 사의 6613 pad와 8964 pad를 비교한 결과, 6613 pad를 사용한 조건에서 membrane clearing (membrane 배경 신호를 통해 판단)이 원활하며 비특이적 신호가 발생하지 않았다. 반면, 8964 pad에서는 membrane clearing이 불완전하였으며 비특이적 신호가 확인되었다. 이러한 실험 결과를 바탕으로, 최종적으로 6613 pad가 신뢰성이 높은 조건으로 선정되었다.

3.7. CP4 EPSPS rapid kit & 상용화 키트 특이도 검증

CP4 EPSPS 상용화 키트와 본 연구에서 개발된 CP4 EPSPS rapid kit의 특이도를 검증하기 위해 분석 시간을 10분으로 설정하여 시험을 진행하였다. 시험 결과, 두 키트 (상용화 키트: A, 본 연구 제품: B) 모두 CRM 16번 샘플에서 T-line이 검출되지 않았다. 이는 CP4 EPSPS 단백질이 존재하나 두 키트 모두 검출 한계의 문제로 T-line이 형성되지 않는다는 점을 의미하며, 본 연구에서 개발된 rapid kit가 상용화 키트와 유사한 특이도를 가진다는 것을 확인하였다 (Fig. 7). 이를 통해 본 연구에서 개발된 CP4 EPSPS rapid kit는 상용화 제품과 동등한 특이도를 가지고 있는 것으로 평가되었다.

3.8. CP4 EPSPS rapid kit 분석시간 설정

개발된 CP4 EPSPS rapid kit의 분석 시간을 검증하기 위해 표준제품과 본 연구에서 개발된 항체 조합 (Capture antibody: Mybiosource CP4 EPSPS mAb1, Detection antibody: YntoAb CP4 EPSPS mAb A)을 사용한 rapid kit의 감도를 시간 간격별로 비교하였다. 실험 결과, 양성 여부는 분석 시작 후 2분부터 판독이 가능하였으나, 보다 정확한 정성검사를 위해서는 10분의 분석 시간이 필요함을 확인하였다 (Fig. 8). 또한, 표준제품의 경우 2분 판독까지는 동일한 신호 강도를 보였으나, 5분이 지나면서 본 연구에서 개발된 키트보다 감도가 낮아지는 경향을 보였다. 이러한 결과를 바탕으로 최적의 분석 시간을 10분으로 설정 하였다.

3.9. CP4 EPSPS rapid kit 민감도 시험

본 연구에서 개발된 CP4 EPSPS rapid kit와 표준제품에 민감도 시험을 확인하였다. 표준제품 (control)의 경우 GT73이 혼합물 중 10% 포함된 농도까지 검출이 가능한 것으로 확인되었다. 반면, 본 연구에서 개발된 CP4 EPSPS rapid kit의 항체 조합 (Capture antibody: Mybiosource CP4 EPSPS mAb1, Detection antibody: YntoAb CP4 EPSPS mAb A)은 GT73이 1% 포함된 농도까지 검출이 가능하였다 (Fig. 9). 이를 통해 본 연구에서 개발된 CP4 EPSPS rapid kit가 기존 상용화 제품 대비 더 민감한 반응을 보이는 것으로 확인되었다.

4. 결 론

본 연구에서 제초제 저항성 CP4 EPSPS 단백질을 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 간이 면역 검사 키트를 개 발하였다. 개발된 키트는 국립생태원에서 제공한 CP4 EPSPS 단백질과 최적의 항체 조합을 활용하여 민감도를 향상시켰으며, 최종적으로 선정된 항체 조합 (Capture antibody: Mybiosource CP4 EPSPS mAb1, Detection antibody: YntoAb CP4 EPSPS mAb A)을 적용하여 비특이적 신호를 최소화하고 신호 대비 감도를 극대화하였다. 이러한 접근은 이전 연구에서 보고된 CP4 EPSPS 단백질을 특이적으로 검출하는 항체 기반 분석법과 일치하며, 항체 선택과 조합이 검출 민감도 향상에 핵심적인 역할을 한다는 선행 결과를 뒷받침한다 (Yoon et al. 2021).

개발된 키트는 유전자변형작물의 현장 신속 검출을 위한 도구로 활용 가능성이 높으며, 식품 안전성 검증이나 수입 농산물의 관리 등 다양한 분야에서 실용적 가치를 제공할 것으로 기대된다 (Zeng et al. 2021). 그러나 CRM 16번 시료의 경우, 본 키트에서는 검출되지 않았으며, 이는 항체-항원 간의 결합 친화도 차이, 샘플 매트릭스 효과 또는 단백질 구조 차이에 따른 민감도 한계로 해석된다 (Choi et al. 2023). 이러한 한계는 기존 연구들에서도 지적된 바 있으며, 특히 다양한 변형체에 대한 항체의 보편적 적용 가능성 확보가 면역검사 키트 개발의 중요한 과제로 남아있다.

향후 연구에서는 본 연구에서 적용한 항체 기반 플랫폼에 신호 증폭 기술을 접목하여 낮은 농도의 CP4 EPSPS 단백질도 안정적으로 검출할 수 있는 시스템으로 개선할 계획이며, 나노입자 활용 및 형광 라벨링과 같은 방법들이 그 대안이 될 수 있다 (Zeng et al. 2021). 이러한 기술적 개선과 연구의 확장은 LMO 관리 체계의 효율성을 높이고 식품 안전성을 확보하는 데 기여할 것으로 기대된다.

적 요

Agrobacterium sp. strain CP4에서 유래한 5-enolpyruvylshikimate- 3-phosphate synthase (CP4 EPSPS) 유전자는 제초제 저항성의 핵심 요소로, 지난 25년간 유전자변 형생물체 (LMO) 개발에 폭넓게 활용되어 왔다. 그러나 유 전자변형 농산물 수입량의 증가와 함께, 이러한 변형 생물체의 신속하고 정확한 검출에 대한 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 제초제 저항성 농산물의 검출을 목적으로 측방유동분석 (lateral flow assay, LFA) 원리를 기반으로 한 간이 면역 검사 키트를 개발하였다. 이를 위해 국립생태원에서 개발한 재조합 CP4 EPSPS 단백질을 사용하여 2종의 신규 항체를 개발하였으며, 기존 상용화된 2종의 항체와 비교 및 조합하였다. 최적화된 항체 조합을 활용한 검사 키트는 1%의 검출 한계 (limit of detection, LOD)를 보였으며, 기존 표준제품 대비 우수한 민감도와 입증하였다. 또한, 개발된 키트는 기존 해외 상용화 제품 대비 짧은 분석 시간과 높은 민감도를 보여, 현장 적용 가능성을 크게 향상시켰다. 이러한 성과는 국내외 시장 진출 가능성을 열어줄 뿐만 아니라, LMO 검출 기술의 발전에 기여할 수 있는 중요한 도구로 자리잡을 것으로 기대된다.