[바이오타임즈] 사스, 메르스, 코로나19에 이르기까지 해외 유입 바이러스로 인한 피해가 빈번히 발생하면서 이에 대한 즉각적인 대응과 방역체계 구축의 필요성이 강조되고 있다.

이를 위해서는 무엇보다 빠르고 정확한 조기 진단이 필수다. 그중 RNA 바이러스는 DNA보다 돌연변이 발생이 잦고 높은 감염성으로 인해, 신속하고 정확한 검출을 통한 초기 대응이 매우 중요하다. 이에 많은 연구자가 체외시료 내 미량으로 존재하는 바이러스의 정확한 검출 및 분석을 위한 고감도 분자진단 기술 개발에 주목하고 있다.

코로나19 바이러스와 같은 RNA 바이러스를 검출하기 위한 표준 진단 방법으로는 역전사 중합 효소 연쇄반응(qRT-PCR)이 사용된다. 이러한 표준 분자진단 방법은 면역진단 방법과 비교해 진단의 정확도는 매우 우수하지만, 정교한 온도 조절을 위한 고가의 분석 장치 및 숙련된 기술이 필요하여 현장에서 신속하게 수행할 수 없다는 단점이 있다.

이로 인해 진단 설비가 갖추어진 대형 병원 또는 전문 진단 센터 등의 의료시설에서만 제한적으로 사용된다는 한계가 있다.

그런데 온도 조절 장치를 필요로 하는 PCR 기반 기술의 단점을 극복하고, RNA 바이러스를 신속하게 조기 검출 가능할 수 있는 기술이 개발되었다.
 

◇초고감도의 신개념 등온 핵산 증폭 기술, 핵산의 절단 및 중합 연쇄반응 시스템으로 구동

KAIST(총장 이광형)는 생명화학공학과 박현규 교수 연구팀이 핵산의 절단 및 중합 연쇄반응 시스템을 활용해 RNA 바이러스의 표적 RNA를 초고감도로 검출하는 새로운 등온 핵산 증폭(NESBA, Nicking and Extension chain reaction System-Based Amplification) 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

KAIST 생명화학공학과 주용 박사과정, 김효용 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 영국 왕립화학회가 발행하는 국제학술지 ‘나노스케일 (Nanoscale)’에 2021년도 24호 표지(Front Cover) 논문으로 지난달 16일 선정됐다. (논문명: Ultrasensitive version of nucleic acid sequence-based amplification (NASBA) utilizing nicking and extension chain reaction system)

연구팀은 현행 기술의 한계를 극복하기 위해 핵산의 절단 및 중합 연쇄반응 시스템에 의해 구동되는 초고감도의 신개념 등온 핵산 증폭 기술을 개발했다. 이를 통해 별도의 온도 변환 과정 없이 동일 온도에서 표적 바이러스의 RNA를 초고감도로(검출 한계: 1 아토 몰 (aM)) 매우 신속하게(20분 이내) 검출하는 데 성공했다.

연구팀은 기존 나스바(NASBA, Nucleic Acid Sequence-Based Amplification) 등온 증폭 기술에 절단효소 인식 염기서열이 수식된 프라이머를 도입함으로써, 절단효소 및 DNA 중합효소 활성을 기반으로 T7 프로모터를 포함하는 이중가닥 DNA를 지수함수적으로 증폭할 수 있었고, 최종적으로 표적 RNA를 기존의 NASBA 기술에 비해 100배 이상 향상된 민감도로 검출할 수 있었다.

연구팀은 이 기술을 통해서, 호흡기 세포 융합 바이러스(RSV)의 유전 RNA(genomic RNA)를 별도의 전처리 없이 매우 신속하고 고감도로 검출함으로써, 기술의 실용성을 증명함과 동시에 현장 검사(POCT) 기술로서의 높은 활용 가능성을 입증했다.
 

◇진단 장비 소형화에 유리, 매우 높은 증폭 효율로 표적 RNA 검출

초고감도의 신개념 등온 핵산 증폭 기술의 장점은 ▲등온에서 반응하기 때문에 별도의 온도 조절 과정이 필요 없어 진단 장비의 소형화 및 경량화에 유리하고, ▲핵산의 절단 및 중합연쇄반응 시스템을 활용하여 기존 기술에 비해 매우 높은 증폭 효율로 표적 RNA를 검출할 수 있으며, ▲표적 유전자 서열에 따라 프라이머를 재설계함으로써 다양한 병원체를 진단할 수 있는 강력한 플랫폼으로 이용될 수 있다.

따라서 해당 기술을 바탕으로 다양한 RNA 바이러스 유래 질병을 초고감도로 검출할 수 있으며, 이를 통해 새로운 병원체에 대한 보다 높은 범용성 및 사회적 안전망을 구축하는 데 크게 활용될 수 있다.

박현규 교수는 이번 연구의 의의에 대해 “이번 신개념 등온 핵산 증폭 기술은 현재 대유행하고 있는 코로나19 바이러스와 같은 RNA 바이러스들을 신속하게 조기 진단할 수 있는 분자진단 시스템에 활용될 가능성이 매우 큰 기술”이라고 밝혔다. 연구팀은 현재 코로나19의 임상 샘플 테스트에서도 매우 좋은 결과를 얻었다고 언급했다.

[바이오타임즈=박세아 기자] news@biotimes.co.kr

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