건국대 박기수 교수팀, ‘바이러스·균 검출 민감도 100%’ 등온·다중 분석 시스템 개발

건국대학교 공과대학 박기수 교수팀(생물공학과)이 37도 등온 조건에서 소량의 바이러스와 세균을 민감하게 검출하는 ‘등온 분자진단 플랫폼’과 둘 이상의 균·바이러스를 한 번에 검출할 수 있는 ‘다중 분자진단 플랫폼’을 개발했다.

전염병을 즉각 진단하고 확산을 방지하려면 현장 적용이 간편하고 진단이 민감한 분자진단 플랫폼이 필요하다. 그러나 기존 핵산 검출 방식은 고가 온도조절장비를 사용하며 시간이 오래 걸린다는 한계가 있다.

건국대 박기수 교수 연구팀, 왼쪽부터 제1저자 신지예 연구원, 제1저자 한진주 연구원, 박기수 교수

연구팀은 등온핵산증폭방법인 ‘RPA(Recombinase polymerase amplification)’를 도입해 이중가닥 DNA를 포함하는 항생제 내성균과 단일가닥 RNA를 포함하는 코로나바이러스를 1시간 이내에 고감도로 검출할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀은 형광 RNA 압타머를 이용하는 ‘형광신호 검출 방식’ 뿐만 아니라 현장 진단 적용이 용이한 ‘간이검사키트(Lateral flow assay)’를 도입해 장비·시설에 제약이 있는 현장에서도 진단이 가능하도록 했다. 또 40개의 비 인두 코로나바이러스 검체에서 기술 적용 가능성을 검증했으며 민감도와 특이도는 100%로 나타났다.

해당 연구는 다양한 병원체를 효과적으로 모니터링할 수 있는 잠재적인 플랫폼으로 활용될 것으로 기대된다. 관련 논문은 세계적인 화학저널 ‘Chemical Engineering Journal(IF=16.744, JCR 상위 2.45%)’에 온라인판으로 지난 5일 게재됐고 2023년 5월호에 최종 출간될 예정이다.

건국대 박기재 교수팀은 37도 등온 조건에서 소량의 바이러스 및 세균을 민감하게 검출 가능한 분자 진단 플랫폼을 개발했다. 사진은 관련 연구 도식.

건국대 박기수 교수팀이 37도 등온 조건에서 하나의 CRISPR/Cas 단백질(Cas12a)을 이용해 한 튜브 내에서 두 종류의 표적 핵산을 검출하는 다중 핵산 검출 시스템을 개발했다. 사진은 관련 연구 도식.

연구팀은 또 하나의 CRISPR/Cas 단백질(Cas12a)을 이용해 한 튜브 내에서 두 종류의 표적 핵산을 검출하는 다중 핵산 검출 시스템도 개발했다.

효과적인 등온핵산증폭방법인 RPA를 개발된 시스템에 도입해, 고위험군 인유두종 바이러스 HPV(human papillomavirus) 유형 ‘HPV16’과 ‘HPV18’을 80분 이내에 37도 등온 조건에서 높은 정확도와 민감도로 동시 검출했다. 더 나아가 23개 자궁경부암 조직 샘플에서 100% 민감도와 93.75% 특이도를 확인하는 등 해당 기술의 임상 적용 가능성을 검증했다.

박 교수는 “이번 연구에서 개발한 다중 검출 시스템은 우수한 검출 성능으로 다중의 표적 핵산을 검출할 수 있으며 CRISPR/Cas 기반 다중 검출의 새로운 지평을 열었다”며 “HPV DNA 검사의 새로운 플랫폼 뿐만 아니라 다양한 질병과 병원체 감염에 대한 진단 방법으로 적용될 것”이라고 기대했다.

해당 연구는 바이오센서 분야 세계적 학술지인 ‘Biosensors and Bioelectronics(IF=12.545, JCR 상위 2.87%)’에 온라인판으로 지난 18일 게재됐으며, 2023년 7월호에 최종 출간될 예정이다.