[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진이 한번에 유전자 검출을 기존 4종에서 20종까지 늘리는 기술을 개발했다. 향후 여러 바이러스 감염원이 동시 유행할 때, 감염원을 정확히 감별하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST) 분자인식연구센터 김상경 박사팀은 실시간 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄반응)을 수 차례 하지않고 한 번에 수십 종까지 간편하게 검출하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 김상경 KIST 책임연구원. [사진=KIST] 2020.06.16 swiss2pac@newspim.com

코로나19(COVID-19) 등 고위험 바이러스는 RNA를 DNA로 만드는 과정인 역전사'를 하고, '실시간 PCR'을 진행하는 'RT qPCR(역전사 실시간 중합효소 연쇄반응)'로 검출하는 것이 세계적인 표준이다.

코로나 19의 팬데믹 이후에 한국의 진단기술, K-진단은 역전사와 PCR을 원스텝(one-step)으로 진행하고, 이를 4종까지 한 번에 검출하는 제품을 출시하여 높은 정확도로 진단의 우수성과 경쟁력을 전 세계에 증명했다.

여기에 기술적 우위를 더 강화할 수 있는 원천기술을 축적하여 향후 지속적이고 장기적인 성장을 이끄는 것이 새로운 숙제이다. 이제까지의 RT qPCR은 3~4종의 유전자의 신호를 각각 다른 형광색을 내도록 하여 구분하였다. 그런데 5종 유전자 이상의 광범위한 다중분석은 기술적으로 한계에 부딪힌 상황이다.

이를 돌파할 수 있는 전략으로, KIST 연구진은 역전사와 PCR을 모두 수행할 수 있는 직경 500㎛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.

KIST 김상경 박사팀은 인플루엔자 등의 6종 유전자를 동시에 분석했고 20종 이상 한 번에 검출하는 칩도 개발한 바 있다. KIST 연구진은 위 연구에 이어서, 단백질 생산을 조절하는 새로운 유전 물질인 마이크로RNA (miRNA) 분석에 최적화된 미세입자를 개발했다.

miRNA는 화학적으로 RNA와 같은 성질을 가지지만 그 길이가 매우 짧아서 기존 방식으로 RT qPCR을 설계할 수 없다.

KIST 정승원 박사는 짧은 RNA에 특화된 고리 형태의 프라이머를 입자내에 고정하여 역전사한 후, 그 입자에서 PCR 반응까지 완료하는 형태를 고안했다.

이를 통해 miRNA 분석의 복잡한 단계를 줄이고 소요 시간을 1시간 이내로 단축했다. 이 경우에도 포함된 입자수에 따라 여러 가지 miRNA의 양을 동시에 확인할 수 있어서, 향후에는 일반적인 RNA 분석에서 처럼 one-step 으로 수십 종까지 검출할 수 있을 것으로 기대된다.

김상경 연구책임자인 박사는 "본 연구는 입자 기반의 진단기술(qPCR) 방식이 여러 개의 유전자 정보를 통하여 진단의 정확성과 효율을 높이는데 돌파구가 될 수 있음을 보여줬다"고 밝혔다.

이어 김 박사는 "특히 RNA 분석에 기술적 우위를 점하는데 기여할 것"이라며 "또 여러 개의 유전자 마커로 단일질환의 진단 정확성을 높이는 것뿐만 아니라, 증상이 유사한 여러 감염병이 유행할 때 감염원을 정확히 감별하는 데에도 효율적으로 적용될 수 있다"고 덧붙였다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단 중견연구자지원사업과 국가과학기술연구회(NST) 창의형융합연구사업으로 수행됐고, 분석과학 분야 국제학술지인 Biosensors & Bioelectronics(IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%) 최신호에 게재됐다. 

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