라만 분광법(Raman)으로 음용수 수질을 빠르게 확인할 수 있는 분석기술이 네덜란드 연구진에 의해 개발되었다. 이 분석기술은 음용수 중 인체에 해로운 박테리아가 존재하는지 빠르게 확인할 수 있다. 정수장 수질 관리나 공중보건관리 목적의 검사에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

미생물에 의한 음용수 수질 오염 모니터링에 사용되고 있는 표준분석기술은 대부분 선택적 배양(selective plating)법이나 효소의 활성을 검사하는 분석법(enzyme activity tests)이다. 때문에 분석결과를 얻는데 많은 시간이 소요된다.

이는 시료를 채취해서 결과를 얻는 과정 중에서 미생물을 배양하거나 핵산(nucleic acids)을 전처리하는 과정에 시간을 많이 소비하기 때문이다. 정수장에서 처리된 음용수의 상태를 실시간으로 점검하거나, 깨끗한 물을 소비자에게 바로 공급하려면 음용수 미생물 검사 결과를 빠르게 확인할 수 있어야 한다.

네덜란드 KWR 워터사이클 연구소(KWR Watercycle Research Institute)의 잭 반더 포센베르그(ack van de Vossenberg) 연구진은 분광학적 분석법에서 이 문제의 해답을 찾았다. 포센베르그 연구진은 영국화학회(Royal Chemical Society)에서 발행하는 ‘분석방법(Analytical Method)’ 저널 온라인 속보판을 통해 연구 성과를 소개했다.[Identification of bacteria in drinking water with Raman spectroscopy. Jack van de Vossenberg et al., Anal. Methods, 2013, DOI: 10.1039/C3AY40289D]

정수장에서 처리된 물을 소비자에게 공급되려면 미생물 검사를 통과해야 한다. 미생물 검사는 시간도 많이 걸리지만, 숙련된 검사원이 없으면 그 결과를 신뢰하기 어렵다. 하지만 라만 분광법을 이용한 미생물 검사에는 숙련된 검사원이 필요 없다. 간단한 조작만으로 재현성 있는 결과를 빠르게 얻을 수 있기 때문이다. 다른 미생물 검사처럼 검사용 시약을 시료에 넣을 필요도 없어서 검사 자체가 매우 간단한 것이 특징이다.

라만 분광법으로 특정 미생물을 검사하면 미생물 고유의 스펙트럼(Raman spectrum)이 얻어진다. 측정한 미생물의 종류가 다르면 서로 다른 스펙트럼을 얻게 된다. 이는 각 미생물마다 미생물을 구성하는 분자의 화학적 조성이 다르기 때문이다. 미생물의 독특한 화학적 조성은 서로 다른 미생물 종을 구분 짓는 ‘지문’과 같은 역할을 한다.

연구진은 레지오넬라균속(Legionella strains), 대장균(E. coli), 콜라이형 균속(coliform strains) 미생물에 대한 표준 스펙트럼을 얻은 다음, 이를 시료에서 얻은 스펙트럼과 비교하는 방식을 사용했다.

시료의 스펙트럼은 세 번 반복 측정해서 얻어졌다. 결과는 매우 성공적이었다. 음용수의 미생물 오염 여부는 물론이고 어떤 세균에 의해 오염되었는지 확인할 수 있을 정도로 각 세균을 정확하게 구별할 수 있었다.

 

 

 

Scientists in the Netherlands have developed and tested a new method that uses Raman spectroscopy to quickly identify harmful bacteria in drinking water. This could prevent contaminated drinking water from making people ill by detecting deadly bacteria before it ever reaches the tap.

 

 

Many of the standard methods used to test water quality rely on selective plating and enzyme activity tests which take a long time to get results. ‘The bottleneck between collection and results is because microbes need time to grow, or nucleic acids need time to be processed,’ says Jack van de Vossenberg, from the KWR Watercycle Research Institute, who led the research.

‘Currently, all drinking water is consumed before results of microbial tests are analysed,’ notes van de Vossenberg. Raman spectroscopy could be the answer to this problem.

It delivers results quickly, does not require a highly skilled operator and no additional chemicals need to be added. A Raman spectrum gathered from a particular microorganism is unique, combining the spectra of all the molecules making up that microorganism.

Van de Vossenberg’s team tested their technique using water containing different strains of Escherichia coli and Legionella. They showed that their Raman method was powerful enough to discriminate between strains of these organisms under different environmental conditions.

Lingbo Kong, who studies biomedical optics at East Carolina University, US, finds the work interesting and comments that there is a growing emphasis on using Raman techniques to obtain highly specific and reproducible molecular signatures of microbial cells for the purpose of cell classification and identification.

‘The capability to identify waterborne bacteria with Raman spectroscopy in this research provides insightful indicators of bacterial species and strains,’ he adds.

This method is seen as the first step for developing an online method to inspect for waterborne bacteria. The team points out that the technology could also be adapted for food and pharmaceutical testing, as well as biomedical monitoring.