스마트폰 기반 코로나19 변종 신속 현장 진단기술 선보여
스마트폰 기반 코로나19 변종 신속 현장 진단기술 선보여
  • 이웃집편집장
  • 승인 2022.07.20 23:53
  • 조회수 1317
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코로나19 현장진단 바이오센서. 출처 : 한국생명공학연구원
코로나19 현장진단 바이오센서. 출처 : 한국생명공학연구원

코로나19 확진자 수가 1주 단위로 2배 증가하는 더블링 현상이 지속되고 있습니다. 정부도 코로나19 재유행을 사실상 공식화했는데요. 국내 연구진이 현장에서 신속 정확한 코로나19 감염 여부를 진단할 수 있는 기술 개발에 성공했습니다.

 

한국생명공학연구원(생명연) 바이오나노연구센터 강태준 박사 연구팀이 표적 유전자만 신속 정확하게 검출하여, 현장에서 스마트폰 앱을 통해 코로나19 감염 여부를 손쉽게 진단할 수 있는 바이오센서를 개발하였다고 밝혔습니다. 이는 향후 신․변종 감염병 진단 등 다양한 바이러스 진단 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

 

감염병이 유행하면 주요한 대응 전략 중 하나가 신속 정확한 진단으로 감염확산을 늦추는 것이죠.

 

현재 감염병 진단에는 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄 반응) 검사가 표준으로 활용되고 있지만 많은 시간과 장비, 전문 인력 등이 필요하여 현장 진단기술로 활용하기에는 한계가 있습니다. 신속성과 편리성을 갖춘 항원, 항체 반응 진단 기법이 현장에서 널리 이용되고 있지만, 정확성이 높지 않은 단점이 있습니다.

 

감염병 이슈의 대두와 함께 바이러스 농도를 빠르게 정량 분석할 수 있는 현장 진단기술(POCT, point-of-care testing)로서의 바이오센서에 대한 필요성이 떠오르고 있는데요. 특히, 별도의 온도 조절 장치가 있어야 하는 PCR 기술의 보완책으로 등온 핵산 증폭 기술(INAAT, Isothermal Nucleic Acid Amplification Technology)이 주목받고 있으며, 차세대 분자 진단 기술로 유전자 가위 기반의 다양한 진단기술들이 속속 개발되고 있습니다.

 

연구팀은 등온 핵산 증폭 기술인 LAMP(Loop-mediated isothermal amplification, 고리 매개 등온 증폭법)와 크리스퍼(CRISPR, Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 유전자 가위 기술을 결합하여 별도의 유전자 추출이나 증폭 없이도 표적 유전자를 신속 정확하게 검출할 수 있는 바이오센서를 개발했습니다. 개발한 센서를 기반으로 3D 프린팅 기술을 활용한 소형 디바이스를 제작하여, 현장에서 1시간 이내에 신속하고 정확하게 감염 여부를 확인할 수 있도록 했습니다. 특히, 함께 개발한 머신러닝 기반의 스마트폰 앱을 통해 채취된 검체의 비색 반응을 분석함으로써 바이러스의 농도를 빠르고 쉽게 정량화하여 분석할 수 있게 했는데요. 이는 미량의 바이러스도 검출할 수 있어 무증상 환자나 초기의 경증 환자도 진단이 가능합니다.

 

개발된 센서는 실제 코로나19 감염자를 대상으로 한 테스트에서 100%의 민감도와 특이도를 나타냈습니다.

강태준 박사. 출처 : 한국생명공학연구원
강태준 박사. 출처 : 한국생명공학연구원

연구책임자인 강태준 박사는 “바이오센서 기술과 유전자 가위 기술 그리고 AI 기술이 융합하여 코로나 바이러스를 현장에서 신속하면서도, 민감하게 검출할 수 있는 휴대용 진단 기기를 개발한 것에 의미가 있다”라며, “향후 제품화를 통해 다양한 신ˑ변종 감염병 진단에 활용할 계획”이라고 밝혔습니다.

연구결과는 바이오센서 분야의 세계적인 저널인 ACS nano 2022년 6월 23일자 온라인 판에 게재됐습니다. 

논문명 : Smartphone-Based SARS-CoV-2 and Variants Detection System using Colorimetric DNAzyme Reaction Triggered by Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP) with Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)

 

#용어설명

1. POCT(Point-of care testing)

환자가 처치 받는 위치와 근접한 곳에서 실시하는 임상병리 검사를 말한다. 피검자 가까이에서 원심분리 등 검체 전처리 없이 신속하게 시행하여 진단 및 치료에 이용할 수 있는 검사

 

2. CRISPR 유전자 가위 기술

CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 유전자 가위 기술은 유전자 편집 기술로 활용되어 오다가 최근 분자 진단 분야에서 적극적으로 주목받고 있다. 현재까지 개발되고 있는 CRISPR 유전자 가위 기반 분자 진단기술은 간단한 시각 신호로 표적에 대한 높은 특이적인 검출이 가능하다는 장점이 있다.

 

3. 등온 핵산 증폭 기술(Isothermal Nucleic Acid Amplification Technology)

아주 적은 양의 표적 유전자를 분석 가능한 수준으로 증폭하는 기술을 핵산 증폭 기술이라고 하는데, 현재 가장 널리 사용되는 PCR은 고온에서 활성을 유지하는 DNA를 활용하기 때문에 온도 변환을 위한 고가의 정교한 온도 조절 장치가 필요하고, 열변성-접합-신장의 세 단계로 구성되기 때문에 비교적 진단 시간이 길게 소요된다. 이런 단점을 보완하여 별도의 온도 변환 과정 없이 동일한 온도 조건에서 핵산을 증폭할 수 있는 기술을 등온 핵산 증폭 기술이라 한다.

 

4. LAMP 등온증폭 기술

LAMP(Loop-mediated isothermal amplification) 등온 증폭 기술은 단순하고 빠른 등온 증폭 방법으로 strand displacement DNA synthesis 기능을 가지는 DNA polymerase를 이용, 두 쌍의 특이적 프라이머를 이용하여 loop를 형성한 후 연속적으로 증폭시키는 방법이다.

 

5. 비색분석(colorimetric analysis)

비료의 색깔 농도나 색조를 표준 물질과 비교하여 시료 물질을 구성하고 있는 각 성분을 정량하는 화학 분석법


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