Evaluation of immunomagnetic separation coupled with culture and molecular methods for the detection and recovery of Shigella spp. in ready-to-eat salads

매일 수백만 명의 사람들이 조리도, 세척도, 추가적인 준비도 필요 없는 샐라드를 먹습니다. 이러한 즉석 섭취 식품은 편리하지만, 그 안전성은 잎사귀 속에 숨어 있을지도 모르는 눈에 보이지 않는 박테리아의 세계에 전적으로 달려 있습니다. 이들 중 가장 위험한 미생물 침입자 중 하나는 심한 설사를 유발하고 오염된 음식을 통해 빠르게 퍼질 수 있는 시겔라(Shigella)라고 불리는 박테리아 그룹입니다. 이 샐러드들은 생으로 먹기 때문에, 존재하는 박테리아가 열에 의해 죽지 않으므로 이러한 병원균을 검출하는 것은 매우 중요한 과제입니다. 과학자들에게 있어 도전 과제는 이 채소들이 복잡한 환경이라는 점인데, 이는 종종 해롭지 않은 박테리아들이 가득 차 있어 마치 다른 바늘들이 가득한 건초더미 속에서 특정한 바늘 하나를 찾는 것과 같이 위험한 박테리아를 숨길 수 있기 때문입니다. 이를 해결하기 위해 연구자들은 표적 박테리아를 혼합물에서 끌어내는 도구들을 개발해 왔지만, 음식이 이미 다른 생명체들로 가득 차 있을 때 어떤 방법이 가장 잘 작동하는지는 여전히 불분명합니다.

베네수엘라의 한 과학자 팀은 까다로운 샐러드 환경에서 시겔라를 찾아내기 위해 설계된 특정 기술의 조합을 테스트하기 위해 나섰습니다. 그들은 면역자기분리(immunomagnetic separation)라고 불리는 방법에 집중했는데, 이는 시겔라 박테리아만을 잡아내도록 설계된 특화된 갈고리 역할을 하는 항체(단백질의 일종)가 코팅된 아주 작은 자성 비드를 사용하는 방식입니다. 일단 박테리아가 이 자성 비드에 잡히면, 자석을 이용해 샐러드 혼합물로부터 박테리아를 끌어당겨 분리할 수 있으며, 이를 통해 박테리아를 농축시켜 더 쉽게 검출할 수 있게 합니다. 연구진은 이 자기 갈고리가 자기적 단계 이전에 박테리아를 배양하는 데 사용되는 두 가지 서로 다른 유형의 액체 목욕(liquid baths)과 결합했을 때 더 효과적인지, 그리고 박테리아를 배양하여 관찰하는 방식과 유전 코드를 읽는 분자 테스트를 사용하는 방식 중 어느 쪽이 더 효과적인지를 확인하고자 했습니다.

이 테스트를 수행하기 위해, 연구팀은 지역 슈퍼마켓에서 판매되는 상업용 즉석 섭식 샐러드 45봉지를 구입했습니다. 그들은 샐러드의 일부를 취해 알려진 수의 시겔라 박테리아를 의도적으로 첨가함으로써 통제된 실험을 설계하였고, 이를 통해 박테리아 양이 매우 적은 그룹과 높은 그룹의 두 그룹을 만들었습니다. 또한 자연적인 오염을 찾아낼 수 있는지 확인하기 위해 박테리아를 전혀 첨가하지 않은 샐러드 부분도 일부 유지했습니다. 과학자들은 이 샘플들을 첫 번째 단계의 공정을 위해 두 그룹으로 나누었습니다. 절반은 모든 박테리아가 자랄 수 있도록 설계된 완만한 비선택적 액체 배지에 담겼고, 나머지 절반은 다른 종류의 더 가혹하며 비표적 박테리아의 성장을 막기 위한 의도가 담긴 배지에 담겼습니다. 박테리아를 이 액체들에서 배양한 후, 연구진은 시겔라를 포획하기 위해 자성 비드를 적용했습니다.

자성 비드가 역할을 마친 후, 연구팀은 결과를 두 가지 다른 방식으로 확인하기 위해 나누었습니다. 첫 번째 접근법에서는 포획된 박테리아를 특수 한천 배지(agar plates)에 펼쳐서 식별 가능한 군락(colonies)이 자라는지 관찰했습니다. 두 번째 접근법에서는 포획된 물질을 사용하여 박테리아를 먼저 키울 필요 없이 특정 유전적 특징을 찾아내는 분자 테스트를 수행했습니다. 이를 통해 연구진은 전통적인 배양 방식과 더 빠른 현대적 분자 방식의 성공 여부를 비교하고, 초기에 사용된 액체 배지의 유형이 차이를 만드는지 확인할 수 있었습니다.

결과에 따르면, 초기에 사용된 액체 배지의 유형은 결과에 유의미한 변화를 주지 않았습니다. 과학자들이 완만한 배지를 사용하든 더 가혹한 배지를 사용하든, 박테리아를 찾아내는 능력은 통계적으로 유사했습니다. 그러나 처음에 시작한 박테리아의 양은 엄청난 차이를 만들었습니다. 샐러드 샘플에 박테리아 농도가 높았을 때, 배양 플레이트나 분자 테스트 중 무엇을 사용하든 상관없이 자기 방식이 박테리아를 찾는 데 훨씬 더 성공적이었습니다. 시작 시의 박테리아 양이 매우 낮았을 때, 이 방식은 많은 경우에서 박테리아를 검출하는 데 어려움을 겪었습니다. 이는 자기 비드가 강력한 도구이기는 하지만, 여전히 효과적으로 잡아낼 수 있는 충분한 양의 표적 박테리아가 존재해야 한다는 점을 시사합니다.

실제 적용 테스트에서 연구진은 인위적으로 오염시키지 않은 원래의 샐러지 45봉지에 대해 가장 성능이 좋은 방법을 적용했습니다. 테스트 결과 45개의 패키지 중 하나에서 시겔라가 성공적으로 식별되었으며, 이는 이 박테리아가 상업용 즉석 섭식 샐러리에 실제로 존재할 수 있음을 확인해 주는 발견입니다. 전체 샘플 중 아주 적은 비율이지만 실제 검출된 이 사례는, 소비자의 손에 닿기 전에 이러한 병원균을 잡아낼 수 있는 민감한 도구를 갖추는 것이 얼마나 중요한지를 강조합니다. 연구는 자기 분리와 분자 테스트를 결 조합하는 것이 전통적인 방식에 비해 이러한 위험한 박테리아를 스크리닝하는 더 빠른 방법을 제공한다는 것을 보여주지만, 박테리아가 매우 적은 수로 존재할 때 신뢰할 수 있는 수준이 되기 위해서는 여전히 정교화가 필요하다고 결론지었습니다. 이 연구는 자기 갈고리가 샐러드의 복잡한 혼란을 정리하는 유망한 도구임을 입증하지만, 그 성공 여부는 실제로 잡을 수 있는 박테리아가 얼마나 많이 존재하는지에 크게 달려 있다는 것을 보여줍니다.