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공업화학 전망, 제24권 제6호, 2021일리노이대, 어바나 샴페인(University of Illinois Urbana-Champaign, UIUC):
DNA 기반 압타머-나노포어 센서(Aptamer-nanopore sensor) 통한 감염성 바이러스의 선택적 감지법 개발—죽은 바이러스에 속지 않는 신속 COVID-19 감지
표준 바이러스 검출방법은 역전사 중합효소 연쇄반응(RT-PCR)을 기반으로 하나, 시간과 비용이 많이 들고, RT-PCR 방법의 높은 감도는 감염 후 환자에게 잔류한 죽은 바이러스 파편에서 유전 물질을 감지해 부정적 요인으로 작용한다. 예컨대, 현재 COVID-19 바이러스 테스트의 경우, 일부 환자가 더 이상 감염 되지 않음에도 불구, 양성으로 표시된다. 또한, 바이러스의 감염성 결정을 위해 바이러스로 감염된 세포플 레이트에서 얼마나 많은 감염 영역이 자라는지 일일이 계산하고 있으나, 이는 많은 시간이 걸리며, 세포 배 양에서 번성하는 바이러스에는 잘 작동하지 않는다. 따라서, 실질적인 활동성 바이러스 존재와 전염성 여 부를 검출할 수 있는 신속한 검출법의 개발이 필요하다.
최근 일리노이 대학교 어바나 샴페인(University of Illinois Urbana- Champaign, UIUC)의 Yi Lu 박사 연구팀은 압타머(Aptamer)라는 짧은 DNA 가닥으로 작은 나노포어를 장식해 감염성 바이러스와 비감염성 바이러 스를 구별하는 센서를 만들어, 기존 진단에 가까운 최상의 민감도로 SARS-CoV-2를 모방하는 바이러스 감지법을 개발했다.
Lu 박사 연구팀은 기존과 완전히 다르게, 특정 단백질에 달라붙어 합성 항체 처럼 작용하는 DNA 분자인 앱타머를 사용했다. 즉 비감염성 바이러스는 무시 하고 감염성 바이러스에만 결합할 수 있는 앱타머를 찾았고, 이를 기반으로 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질을 포함하는 렌티바이러스에 대해 테스트했다.
연구팀은 각 바이러스에 대해 각각 45개 뉴클레오티드 길이의 무작위 서열을 가진 천조(1015)개의 서로 다른 앱타머 풀로 시작하여 감염성으로 확인된 전체 바이러스와 혼합해 새로운 배치를 생성했다. 이후, 비감염성 바이러스에 대해 이 배치의 앱타머를 선별하고 이러한 쓰레기에 결합된 모든 앱타머를 제거했다.
마지막으로, 나머지 압타머에 대해 몇 차례 선택과정 후, 비감염성 바이러스에 대비 감염성 바이러스 친화도가 100~1000배 높은 챔피언 압타머를 선별했다.
연구팀은 아민 기반 링커(amine-based linkers)를 사용해 얇은 고분자 필름으로 에칭된 나노포어 벽에 앱타머를 장착했고, 바이러스가 나노포어 내부의 압타머에 결합하면서 고분자 필름을 통해 흐르는 전류변화를 관찰했다. 그 결과, 바이러스 스파이크가 있는 인간 혈청 및 타액 샘플의 장치에서 의미 있는 전류 변화가 생성돼 감염성 바이러 스 입자의 존재를 확인할 수 있었으나, 비감염성 바이러스는 신호를 생성하지 않아, 감염성과 비감염성 바이러스를 구분할 수 있었다. 개발된 장치는 ml당 10,000개 정도의 변형된 렌티바이러스를 탐지 가능하며, 이는 RT-PCR의 탐지 한계에서 크게 벗어나지 않고, 본 기술은 또한 식수 및 폐수 내 스파이크 샘플과도 함께 작동한다.
현재 개발된 센서의 압타머를 기반으로 실제 SARS-CoV-2 바이러스에 대한 테스트가 필요하므로 이 와 관련된 연구가 진행 중이다.
연구성과는 AAAS 출판그룹의 Sci. Adv. 온라인판에 게재되었다(Sci. Adv. 2021, DOI: 10.1126/ sciadv.abh2848).
출처: 2021. 9. 22. Chemical & Engineering News VOLUME 99, ISSUE 35 (https://cen.acs.org/biological-chemistry /infectious-disease/Aptamer-nanopore-sensor-detects-infectious/99/i35)
작성: 손 희 상 (광운대학교)
Figure. 비감염성 바이러스보 다 감염성 바이러스에 선택적 으로 결합하는 압타머가 늘어 선 총알 모양의 나노포어 포함 바이러스 센서.
(Credit: Science Advances)
