한 번에 유전자 20종까지 검출…다중 PCR 진단기술 개발

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KIST 연구진, 마이크로RNA 최적화된 미세입자 개발

분석시간 1시간 내로 줄이고 수십종 유전자 검출 가능

김상경 KIST 박사 정승원 KIST 박사 국내 연구진이 바이러스 진단기술인 실시간 PCR(중합효소 연쇄반응)의 정확성을 높이면서 비용과 시간을 크게 줄이는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 분자인식연구센터 김상경 박사팀은 실시간 PCR을 수 차례 하지 않고 한 번에 수십 종까지 간편하게 검출하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

코로나19 등 고위험 바이러스는 RNA를 DNA로 만드는 과정인 '역전사'를 하고, 실시간 PCR을 진행하는 'RT qPCR'(역전사 실시간 PCR)로 검출하는 것이 세계적인 표준이다. 코로나19 상황에 국내 진단키트 기업들은 역전사와 PCR을 한번에 진행하고, 이를 4종까지 한 번에 검출하는 제품을 출시해 우수성을 인정받았다. 여기에 기술적 우위를 더 높이는 원천기술 확보가 새로운 숙제다.

이제까지의 RT qPCR은 유전자 3~4종의 신호를 각각 다른 형광색을 내도록 해 구분했다. 5종 이상의 다중분석은 기술적 한계로 불가능했다.

이를 돌파하기 위해 KIST 연구진은 역전사와 PCR을 모두 수행할 수 있는 직경 500㎛(마이크로미터)의 다공성 미세입자를 개발하고, 각 입자에 식별할 수 있는 패턴을 새겨 넣었다. 이런 미세입자 여러 개를 한 번에 넣고 신호를 읽으면 입자의 수만큼 광범위한 동시 분석이 가능하게 된다. 김상경 KIST 박사팀은 앞서 인플루엔자 등의 유전자 6종을 동시에 분석했고, 20종 이상 한 번에 검출하는 칩도 개발했다.

KIST 연구진은 한 단계 나아가, 단백질 생산을 조절하는 유전물질인 마이크로RNA(miRNA) 분석에 최적화된 미세입자를 개발하였다. miRNA는 화학적으로 RNA와 성질이 같지만 길이가 매우 짧아서 기존 방식으로 RT qPCR을 설계할 수 없다.

정승원 KIST 박사는 짧은 RNA에 특화된 고리 형태의 프라이머(DNA나 RNA 절편)를 입자 내에 고정해 역전사한 후, 그 입자에서 PCR 반응까지 완료하는 형태를 고안했다. 이를 통해 miRNA 분석단계를 줄여 시간을 1시간 내로 단축했다. 포함된 입자수에 따라 여러 가지 miRNA의 양을 동시에 확인할 수 있어서, 앞으로 일반적인 RNA 분석처럼 한번에 수십 종까지 검출할 수 있을 것으로 기대된다.

김상경 KIST 박사는 "입자 기반의 진단기술인 'qPCR'이 여러 개 유전자 정보를 통해 진단의 정확성과 효율을 높이는 돌파구가 될 수 있음을 보여줬다"면서 "여러 개 유전자 마커로 단일질환의 진단 정확성을 높일 뿐 아니라, 증상이 유사한 여러 감염병이 유행할 때 감염원을 정확히 감별하는 데도 효율적"이라고 밝혔다.

이 연구는 과기정통부 지원으로 한국연구재단 중견연구자지원사업과 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행됐다. 연구결과는 국제학술지 '바이오센서&바이오일렉트로닉스' 최신호에 게재됐다. 안경애기자 naturean@dt.co.kr

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