바이러스 진단 기술인 실시간 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄반응)의 정확성을 높이고 비용과 시간을 획기적으로 줄이는 기술이 개발됐습니다. 한국과학기술연구원(KIST) 분자인식연구센터 김상경 박사팀은 실시간 PCR을 수 차례 하지 않고 한 번에 수십 종까지 간편하게 검출하는 기술을 개발했다고 밝혔습니다. 해당 연구는 <Biosensors & Bioelectronics>에 게재됐습니다. 

K-진단, 더 빠르고 정확하게 진화했다

COVID-19 등의 고위험 바이러스는 RNA를 DNA로 만드는 과정인 '역전사'를 하고 '실시간 PCR'을 진행하는 'RT qPCR'로 검출하는 것이 세계적인 표준입니다. 코로나 19의 팬데믹 이후에 한국의 진단 기술, K-진단은 역전사와 PCR을 one-step에 진행하고 이를 4종까지 한 번에 검출하는 제품을 출시해 높은 정확도로 진단의 우수성과 경쟁력을 전 세계에 증명했습니다. 여기에 기술적 우위를 더 강화할 수 있는 원천 기술을 축적해 향후 지속적이고 장기적인 성장을 이끄는 것이 새로운 숙제입니다.

이제까지의 RT qPCR은 3~4종의 유전자의 신호를 각각 다른 형광색을 내도록 하여 구분했습니다. 그런데 5종 유전자 이상의 광범위한 다중 분석은 기술적으로 한계에 부딪힌 상황입니다. 이를 돌파할 수 있는 전략으로 KIST 연구진은 역전사와 PCR을 모두 수행할 수 있는 직경 500㎛의 다공성 미세입자를 개발하고 각 입자에 식별할 수 있는 패턴을 새겨 넣었습니다. 이런 미세입자 여러 개를 한 번에 넣고 신호를 읽으면 입자의 수만큼 광범위한 동시 분석이 가능하게 됩니다. KIST 김상경 박사팀은 인플루엔자 등의 6종 유전자를 동시에 분석했고 20종 이상 한 번에 검출하는 칩도 개발한 바 있습니다. (Adv. Healthcare Materials 2020, 9, 1900790.)

복잡한 분석 단계 줄이고 소요시간 단축

KIST 연구진은 위 연구에 이어서, 단백질 생산을 조절하는 새로운 유전 물질인 마이크로 RNA(miRNA) 분석에 최적화된 미세입자를 개발했습니다. 참고로 마이크로 RNA(miRNA)는 생물의 유전자 발현을 제어하는 역할을 하는 작은 RNA입니다. miRNA는 화학적으로 RNA와 같은 성질을 가지지만 그 길이가 매우 짧아서 기존 방식으로 RT qPCR을 설계할 수 없습니다.

KIST 정승원 박사는 짧은 RNA에 특화된 고리 형태의  프라이머를 입자 내에 고정하여 역전사한 후, 그 입자에서 PCR 반응까지 완료하는 형태를 고안하했습니다. 참고로 중합체 합성의 초기에 필요한 짧은 절편을 프라이머(Primer)라고 합니다. 프라이머는 DNA 합성을 위한 시작점으로 RNA 또는 DNA이며 일반적으로 약 18-22개의 염기서열을 갖습니다. 이를 통하여 miRNA 분석의 복잡한 단계를 줄이고 소요 시간을 1시간 이내로 단축했습니다. 이 경우에도 포함된 입자수에 따라 여러 가지 miRNA의 양을 동시에 확인할 수 있어서 향후에는 일반적인 RNA 분석처럼 one-step으로 수십 종까지 검출할 수 있을 것으로 기대됩니다. 

연구책임자인 김상경 박사는 "본 연구는 입자 기반의 진단기술(qPCR) 방식이 여러 개의 유전자 정보를 통하여 진단의 정확성과 효율을 높이는데 돌파구가 될 수 있음을 보여줬다"며 "특히 RNA 분석에 기술적 우위를 점하는데 기여할 것"이라고 밝혔습니다. 덧붙여 "여러 개의 유전자 마커로 단일질환의 진단 정확성을 높이는 것뿐만 아니라, 증상이 유사한 여러 감염병이 유행할 때 감염원을 정확히 감별하는 데에도 효율적으로 적용될 수 있다"라고 전했습니다.  

##참고자료##

• Jung, Seungwon, et al. "In-particle stem-loop RT-qPCR for specific and multiplex MicroRNA profiling." Biosensors and Bioelectronics (2020): 112301.

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