KPI뉴스 - UNIST "티끌보다 작은 세균의 통계분포 법칙 세계 최초 규명"

  • 구름많음세종28.6℃
  • 맑음고산29.2℃
  • 구름많음완도30.3℃
  • 구름많음거제28.2℃
  • 비북춘천25.3℃
  • 맑음성산32.0℃
  • 흐림정선군28.5℃
  • 맑음영덕32.7℃
  • 구름많음북부산32.5℃
  • 구름많음구미32.5℃
  • 구름많음산청30.6℃
  • 구름많음천안28.4℃
  • 구름많음청송군30.5℃
  • 구름많음고창30.6℃
  • 맑음고흥31.2℃
  • 구름많음군산30.1℃
  • 맑음의성31.3℃
  • 흐림영월28.2℃
  • 흐림대전29.7℃
  • 구름많음부산30.6℃
  • 흐림서울27.7℃
  • 구름많음장흥30.8℃
  • 맑음경주시33.1℃
  • 흐림이천29.6℃
  • 맑음서귀포31.7℃
  • 흐림서청주28.2℃
  • 구름많음밀양31.2℃
  • 구름많음북창원31.1℃
  • 구름많음북강릉27.7℃
  • 흐림인제25.9℃
  • 흐림속초25.8℃
  • 구름많음원주29.7℃
  • 흐림태백27.3℃
  • 맑음울산31.9℃
  • 구름많음금산29.2℃
  • 구름많음진도군29.4℃
  • 구름많음전주30.0℃
  • 흐림양평28.1℃
  • 구름많음진주29.7℃
  • 흐림인천27.3℃
  • 구름많음홍성29.6℃
  • 구름많음강릉31.4℃
  • 구름많음영주28.9℃
  • 흐림서산28.2℃
  • 흐림파주27.4℃
  • 맑음흑산도30.4℃
  • 맑음의령군31.9℃
  • 흐림청주29.5℃
  • 맑음울진30.3℃
  • 구름많음임실27.7℃
  • 구름많음동해29.2℃
  • 맑음제주34.3℃
  • 구름많음대구31.7℃
  • 구름많음고창군30.4℃
  • 비백령도22.3℃
  • 구름많음봉화27.8℃
  • 구름많음양산시32.0℃
  • 구름많음창원30.2℃
  • 구름많음영천30.0℃
  • 구름많음부안30.7℃
  • 구름많음강진군30.7℃
  • 맑음보성군30.1℃
  • 구름많음대관령26.7℃
  • 구름많음김해시31.6℃
  • 구름많음순창군29.8℃
  • 흐림강화27.1℃
  • 맑음광양시31.7℃
  • 흐림철원22.5℃
  • 구름많음정읍30.3℃
  • 구름많음영광군29.6℃
  • 구름많음수원29.7℃
  • 구름많음해남29.9℃
  • 구름많음안동30.5℃
  • 구름많음문경29.5℃
  • 구름많음거창30.2℃
  • 구름많음부여28.3℃
  • 구름많음목포29.5℃
  • 흐림보령29.0℃
  • 구름많음제천27.3℃
  • 흐림춘천26.1℃
  • 흐림장수27.1℃
  • 맑음울릉도30.7℃
  • 맑음통영30.2℃
  • 구름많음추풍령28.9℃
  • 맑음여수30.2℃
  • 구름많음함양군31.1℃
  • 구름많음순천29.9℃
  • 맑음포항33.1℃
  • 구름많음광주30.8℃
  • 흐림남원29.4℃
  • 구름많음합천30.3℃
  • 구름많음충주29.7℃
  • 구름많음보은28.6℃
  • 흐림동두천27.6℃
  • 구름많음홍천29.0℃
  • 구름많음상주30.1℃
  • 맑음남해30.9℃

UNIST "티끌보다 작은 세균의 통계분포 법칙 세계 최초 규명"

최재호 기자
기사승인 : 2025-10-12 12:19:38
美 스탠포드대 연구진 함께 비평형 상태 입자의 분포 법칙 밝혀내
청국장 발효균 모델로 입자분포 결정요소 밝혀…국제학술지 공개

세균처럼 작지만 스스로 움직일 수 있는 입자들이 어떠한 통계 분포 원리를 따르는지를 세계 최초로 규명한 연구 결과가 울산과학기술원 교수를 주축으로 한 연구팀에 의해 발표됐다.

 

▲ 연구진들. 왼쪽부터 천지용 UNIST 박사(제1저자), 최규환 스탠포드大 박사후 연구원(제1저자), 케빈 모디카 UC 산타바바라 연구원, 정준우 UNIST 교수 [울산과학기술원 제공]

 

UNIST(울산과기원)는 물리학과 정준우 교수와 생명과학과 로버트 미첼 교수가 스탠퍼드 대학 연구팀과 공동으로 이 같은 새로운 사실을 밝혀냈다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 물리학 권위지 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters)에 최근 온라인으로 공개됐다.

 

연구에 따르면, 살아있는 세균의 분포를 결정하는 요소는 세균의 운동성과 특정 액체상에 대한 선호도다. 세균이 특정 액체상에 끌리는 힘은 세균을 해당 액상에 가두는 역할을 하고, 세균의 운동성은 그곳에서 빠져나올 수 있도록 만드는 경쟁적 관계다.

 

연구팀은 세균의 분포를 설명하는 이론 모델을 이 두 힘을 정량적으로 분석해 만들어냈다. 광학집게 기술로 세균이 특정 액체상에 끌리는 힘을 측정한 결과, 1 피코 뉴턴(1pN) 수준으로 밝혀졌다. 피코뉴턴은 머리카락 한 올이 느끼는 중력보다 천만 배 작은 힘이다. 세균 추진력은 10 피코뉴턴 수준이다. 자신의 운동 추진력으로 특정 액상에 가두는 힘을 넘어설 수 있는 것이다.


이번 연구는 청국장 발효균인 고초균을 덱스트란과 폴리에틸렌글리콜 수용액으로 이뤄진 수계 2상 시스템에 주입하는 실험 모델에서 이뤄졌다. 

 

물에 덱스트란과 폴리에틸렌글리콜을 녹이면 서로 섞이지 못해 분리된 두 액체상이 생긴다. 고초균 표면은 당 성분으로 싸여 있어 원래 덱스트란 수용액상에 끌리는 성질이 있지만 표면처리를 하게 되면 선호도가 바뀌어 폴리에틸렌글리콜 상에 끌리게도 할 수 있다. 실험에서, 움직이지 않는 고초균은 선호하는 한쪽 상에 모인 반면, 살아있는 고초균은 양쪽 모두에 고루 분포했다. 고초균이 골고루 분포하는 현상은 기존에 입자의 분포를 지배하는 '열적 요동'만으로는 설명되지 않는 현상이다.


천지용 UNIST 물리학 박사(현 조지아텍 박사후 연구원)와 최규환 스탠포드 대학교 박사후 연구원이 이번 연구의 제1저자로 참여했다. 

 

연구팀은 "물리·화학공학·미생물학을 아우르는 협업 연구를 통해 '비평형 상태'에서 콜로이드 입자의 분포 법칙에 작용하는 힘을 처음으로 정량화했다"며 "이 모델 시스템은 비평형 통계역학과 비평형 상태에서 계면-콜로이드 입자간의 상호작용에 대한 이해도를 높일 수 있을 것이다"라고 강조했다. '비평형 상태'는 외부에서 에너지가 계속 공급되거나 소모되는 상태로, 이번 모델은 세균이 에너지를 써 추진력을 만들기 때문에 비평형 상태에 해당한다.

 

정준우 교수는 "이번 연구는 세균이 체내 특정 조직에 자리잡는 원리를 설명할 단서를 제공할 뿐만 아니라 단백질 정제, 바이오칩 설계, 미세 로봇 제어 개발에 등에도 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다.


연구 수행은 한국연구재단, 미국 국립보건원, 미국 국립과학재단, 미국 공군연구소, 미국 팩커드 펠로우쉽의 지원으로 이뤄졌다.

 

▲ 연구그림. 광학집게를 이용한 계면과 세균 간의 상호작용 정밀 측정 이미지

 

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr  

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]