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유전자 분석장비 없이도 바이러스감염 현장진단한다

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- KAIST, 커피링 효과로 감염성 병원균 신속 진단키트 개발

- 30분 이내 육안‧모바일로 확인 가능, 코로나19 진단 적용 연구도

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정현정(오른쪽) KAIST 생명과학과 교수 연구팀.[KAIST 제공]

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[헤럴드경제=구본혁 기자] 감염성 병원균을 현장에서 육안으로 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 기술이 KAIST 연구진에 의해 개발됐다. 의료시설 접근이 어려운 환경에서, 그리고 분자진단(RT-PCR) 장비의 대안으로 빠른 사용과 활용이 기대된다.

한국과학기술원(KAIST)는 생명과학과 정현정 교수 연구팀이 ‘커피링 등온 유전자 검출법’ 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

커피링 효과란 사물 표면에 떨어진 커피 방울이 증발하면서 특징적인 링(ring) 모양이 생기는 것을 말한다. 연구팀은 이를 바탕으로 상온에서 육안으로 병원균 유전자를 선택적으로 감별 및 고감도 검출이 가능한 기술을 개발했다. 이 기술은 RT-PCR 등 기존 분자진단 기술처럼 고가의 정밀한 장비가 필요하다는 문제점을 해결할 수 있다.

정 교수 연구팀이 개발한 ‘커피링 등온 유전자 검출법’은 병원균 감염의 빠른 판별을 위해 시료를 표면에 떨어뜨려 커피링 패턴을 유도, 육안으로 관찰함으로써 병원균의 내성 종류를 선택적으로 정확하게 검출이 가능할 뿐 아니라 스마트폰 등을 이용한 모바일 진단이 가능하다.

콜로이드 용액이 기판 표면에서 증발할 때, 표면장력과 모세관 운동에 따라 미세입자들이 이를 포함하는 용액 방울 주변으로 이동해 특징적인 링 패턴을 형성한다. 연구팀은 표적 유전자 물질이 존재할 경우 미세입자와 유전자 물질의 선택적 인식에 의한 입자-핵산 물질 간 상호 응축을 유도해 링 패턴을 억제함으로써 병원균을 감별했다.

커피링 현상에 회전 환 증폭(rolling circle amplification) 기반의 등온 증폭기술을 융합했는데 이 결과 생성된 긴 단일 가닥의 표적 DNA 물질이 미세입자(직경 0.1~10 마이크로미터 가량) 크기로 응축되도록 효과를 극대화했다. 그 결과, 병원균 표적 물질을 육안으로 검출하거나 스마트폰 등 모바일 장치로 기록과 판독이 모두 가능해졌다.

특히 신속하고 높은 선택성과 민감도를 지니고 있어 유전자상 2개 염기의 차이를 구별하며 분석 장비의 필요없이 30분 이내에 항생제 내성 유전자 검출과 함께 혈청 등 복잡한 시료에서도 검출이 가능하다.
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커피링 등온 유전자 검출법 모식도 및 항생네 내성 병원균 분석 결과.[KAIST 제공]

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연구팀은 이와 함께 자동판독을 위한 진단키트로의 활용을 위해 미세입자에 의해 나타나는 공간 패턴의 이미지를 판독할 수 있는 알고리즘을 정립했고, 이를 통해 커피링 형성에 따른 감염 여부를 판별하는 데 성공했다.

정현정 교수는 “커피링 등온 유전자 검출법은 진료소나 클리닉 등에서 병상 분석을 위해서 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다”면서 “현재 코로나19를 진단하는 데 적용하기 위한 연구를 진행 중”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 바이오센서 분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’ 9월 6일자 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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