국제학술지 ‘Biosensors and Bioelectronics’ 게재
고려대학교 공과대학 기계공학부 나성수 교수, 성균관대 박진성 교수, 호서대 장규환 교수, 금오공대 류준석 교수로 구성된 센서공동연구팀은 COVID-19 감염 진단과 함께 바이러스 변이 발생 여부까지 동시에 진단이 가능한 기술을 개발했다. 또한 세계 최초로 고민감도 검출 과정에 필수적인 핵산 증폭 과정에서 발생하는 정보 오류 가능성을 차단할 수 있는 증폭법을 설계하여 위양성 없이 변이 바이러스의 검출 가능성을 확인했다.
이번 연구 결과는 분석 화학 (Chemistry, Analytical) 분야 상위 2.3% 국제학술지인 ‘Biosensors and Bioelectronics’(IF 12.6)에 2월 27일 자 온라인 게재됐다.
- 논문명 : Enhanced selective discrimination of point-mutated viral RNA through false amplification regulatory direct insertion in rolling circle amplification
코로나 팬데믹 바이러스와 같이 전염성이 굉장히 높은 바이러스에 대하여 적절히 대응하기 위해서는 빠르게 감염자를 식별하고 격리함으로써 바이러스의 확산을 차단하는 것이 중요하다. 이러한 진단 과정에서는 실제 음성 환자를 양성으로 진단하는 위양성 문제를 해결하는 것이 필수적이다. 또한, 바이러스에 변이가 발생하면 전염성이 증가하거나 기존 진단 및 면역 체계를 무시하는 등 치명적인 특성을 보일 수 있어 팬데믹 바이러스 발발 이후 바이러스 변이를 조기에 추적하는 것이 해결해야 할 숙제였다.
센서공동연구팀은 등온 핵산 증폭(RCA, Rolling Circle Amplification) 과정에서 발생할 수 있는 위양성 가능성을 차단할 수 있도록 설계한 새로운 증폭 기술(DI-RCA, Direct Insertion in RCA)을 개발하여 바이러스의 핵산 검출에 성공했다. 본 검출 기술은 표적 핵산 서열을 그대로 복제하고 측방유동면역기법(LFA, Lateral Flow Assay)을 통해 신호 확인이 가능하다. 기존 핵산 증폭법과 달리 표적의 핵산 서열에 따라 결과가 달라지게 설계했다.
센서공동연구팀은 코로나바이러스의 초기 변이 단계(알파, 베타, 감마 변이)가 약 29,000개의 코로나바이러스 염기 서열 중 23,063번째 염기가 Adenine에서 Thymine으로의 변이에 기인한다는 것을 파악하였고, 해당 SNP(Single nucleotide polymorphism, 단일 염기 변이) 존재 여부에 따라 다른 진단 결과를 나타냄으로써 동시 검출/진단 기술을 완성했다. 따라서, 바이러스 감염 여부와 더불어 변이 여부까지 동시에 진단할 수 있게 설계함으로써 검출 기술의 강점을 더했다.
이번 연구의 교신저자인 나성수 고려대 기계공학부 교수는 “본 연구에서 제안하는 기술은 빠르게 변화하는 팬데믹 바이러스를 추적할 뿐만 아니라 다양한 질병에도 응용할 수 있는 초석 연구로 활용될 가능성이 크다.”라고 말했다.
또한, 이번 연구를 주도한 류준석 금오공대 교수는 “이번 연구를 기반으로 COVID-19뿐 아니라 새롭게 생길 수 있는 다양한 팬데믹 바이러스를 위양성 없이 검출할 수 있는 멀티 센싱 플랫폼을 구축할 수 있도록 연구에 정진하고자 한다.”라고 포부를 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단(공학 분야 선도연구센터, 개인기초연구사업, 지자체-대학 협력 기반 지역혁신 사업)과 한국환경산업기술원의 환경기술개발사업의 지원을 받아 수행했다.