바이오인

기존의 등온핵산증폭 방법이 무엇이 있는지에 대한 조사와 경험을 기반으로 검출을 위한 핵산증폭반응은 최대한 간편하게 진행되어야 하며 반응을 진행하는 효소의 개수가 최소화되어야 한다는 것을 기본 전제조건으로 잡았습니다.

RNA를 검출할 시 대부분의 핵산증폭기술은 cDNA로의 전환이 필요하며 이 과정에서 효소 한 개가 추가적으로 사용되는데, 이를 보완하고자RNA를 직접 검출할 수 있는 Three-way junction(3-방향 접합) 구조를 도입하여 추가적인 효소의 첨가 없이 RNA의 직접적인 검출을 진행하였습니다.

전사반응을 기반으로 하는 대부분의 검출 방법은 T7 promoter라는 특정 dsDNA 영역을 만들어주어야 하는데 이 과정에서 추가적인 DNA 중합효소가 사용되게 됩니다. 이를 해결하고자 T7 promoter의 영역이 조건부로 활성화되게끔 조절하였습니다. 이를 통해 DNA 중합효소의 도움 없이 타겟 RNA 물질이 존재할 때만 활성화되고, 타겟 RNA 물질이 없을 때는 활성화되지 않게 하여 추가적인 효소의 첨가 없이 검출 시스템을 구현하였습니다.

결과적으로 DNA probe만을 사용하여 3-방향 접합 구조를 이루게 하는 고특이적인 방식으로 SARS-CoV-2 바이러스 뿐만 아니라 다양한 변이 바이러스 및 박테리아의 검출로 활용이 가능함을 입증하였습니다.

검출 시스템의 민감도를 향상시키기 위해서는 반응의 지수 증폭이 되어야 합니다. 이를 위해서는 표적 물질이 재사용 되거나 생성되는 반응이어야 하는데 개발하던 시스템에서는 그러한 반응을 유도해내기 쉽지 않았습니다. 이를 해결하고자 표적 RNA가 길다는 점을 활용하여, RNA의 서로 다른 위치를 표적하였고, 결과적으로 하나의 RNA 물질에서 여러 증폭 반응을 이끌어 낼 수 있었고, 민감도를 증대시켰습니다.

개발된 기술은 코로나19를 포함한 핵산 바이오 마커의 검출을 위한 표준방법인 PCR 방법의 온도 조절 과정을 필요로 하지 않고, 등온(37도)에서 30분의 반응을 통해 증폭이 이루어지고 결과를 얻을 수 있습니다. 결과적으로, 소형화 시스템의 구현이 용이하고 현장에서의 사용이 가능합니다.

기존 PCR 기술의 경우, RNA를 cDNA로 전환하는 과정 후에 증폭이 진행되기 때문에, DNA에 의한 교차오염 가능성이 높으며, 이로 인한 위양성(false positive)가능성이 높다는 문제가 있었습니다. 반면 본 기술은 RNA를 바로 인식하여 증폭이 이루어지기 때문에, 기존의 문제점을 극복할 수 있으며, 정확한 분석이 가능합니다.

기존에 개발된 다양한 등온핵산증폭기술과 비교하여 본 기술은 구동에 필요한 실험요소들이 간단하여, 핵산 바이오마커를 인식할 수 있는 DNA 프로브와 T7 RNA 중합효소만을 이용하여 한번에 핵산 바이오마커를 분석할 수 있다는 장점이 있습니다.

복잡한 핵산 추출 과정 없이 박테리아와 바이러스의 열 분해 후에 바로 분석이 가능하다는 장점을 가지고 있습니다.

이러한 우수성을 바탕으로 다양한 핵산 바이오 마커의 진단을 위한 핵심 원천 기술로 활용이 가능합니다.

분자진단키트로 제품화하여, 공항 및 항만과 같이 대량의 샘플 분석이 필요한 분야와 개인병원 및 개인이 집에서 자가 진단을 진행하는 분야에 활용이 가능합니다.

핵산분석 기술에 기반을 두고 있기 때문에, 바이러스 뿐만 아니라 박테리아, 암의 진단으로 활용이 가능합니다.

기존 분자진단 기술의 단점을 극복할 수 있는 본 기술의 우수성을 바탕으로 실용화 가능성이 높다고 판단되며, 다양한 질병으로 확장 가능성을 검증하고, 대량생산을 위한 분자진단키트 제작이 진행될 필요가 있다고 생각합니다.

감염 초기에 소량 존재하는 핵산 바이오 마커의 검출을 위하여 개발 기술의 민감도를 추가적으로 향상시킬 필요가 있으며, 달성 시 실용화를 통한 기대효과는 클 것으로 예상됩니다.

실험실에서 개발된 기술을 실제 산업 현장에서 활용될 수 있도록 제품화하고 실용화하는 것을 목표로 하고 있습니다.

질병의 조기 진단을 위하여, 초고감도 검출 시스템을 구축할 계획이며, 다양한 질병으로의 확장 가능성을 검증하고자 합니다.

개발 기술의 유효성 검증을 위하여 실제 임상샘플 테스트를 계획하였으나, 샘플 확보에 어려움이 있었습니다. 미국 박사 후 과정의 지도교수이신 하버드의대의 이학호 교수님 소개로 전남대병원의 최현정 교수님과 연결될 수 있었고, 최현정 교수님의 큰 도움으로 본 연구를 잘 마무리 지을 수 있었습니다.