4~5일 걸리던 오미크론 변이 검사, 2시간 만에 끝낸다

이효진 KIST 박사-최정규 고려대 박사 연구팀
유전자 변이 초고속 검사 기술 개발, 혈액응고 관련 변이 검사에서 성능 입증
오미크론 변이 검사에도 응용할 수 있어, 이 박사 "관련 기술 개발 중"

자료사진. 코로나19 바이러스 오미크론 변이.

[아시아경제 김봉수 기자] 유전자 변이를 2시간 내에 확인할 수 있는 기술이 개발됐다. 현재 4~5일 추가 시간이 걸리는 코로나19 바이러스 오미크론 변이 유전체 분석을 빠르게 마치는 데에도 응용될 수 있어 치료 및 방역에 획기적인 도움이 될 전망이다.

23일 한국연구재단에 따르면, 이효진 한국과학기술연구원(KIST) 박사, 최정규 고려대 교수 등 공동연구팀이 유전자 변이에 의한 단일염기 차이를 빠르게 읽을 수 있는 광학센서 기술을 개발했다. 또 이 기술을 통해 실제 혈액 응고 지연 약물에 대한 반응성 차이의 원인으로 알려진 단일염기 차이를 기존 방식 대비 최소 3배 가량 빠르게 포착하는데 성공했다.

특히 이 기술을 응용하면 현재 코로나19 바이러스 오미크론 변이 검사 시간도 획기적으로 줄어들 수 있다. 현재 검역 당국은 유전자증폭방식(PCR)을 통해 코로나19 감염 여부를 확인한 뒤, 의심이 되는 사례에 대해 유전자 전체를 다 살펴 보는 '전장 유전체 검사'를 실시해 오미크론 변이를 구분해 내고 있다. 긴급한 경우 3일에서 4~5일까지 추가 소요돼 신속한 처방 및 방역에 큰 지장을 초래하고 있다.

국제 학술지 네이처도 최근 "현장 의료진들 사이에서 (치료 및 방역에) 신속한 오미크론 변이 여부 확인이 큰 도전이 되고 있다"고 전한 바 있다.

기존에 유전자 변이를 확인하기 위해선 염기 서열을 하나하나 분석하거나 유전자를 증폭하는 PCR 과정이 이용해 시간이 상당히 소요된다. 또 증폭 후에도 긴 유전자 가닥 중 한 개의 염기 차이를 구분하는데 한계가 있었다.

연구팀은 까다로운 효소 증폭 기술에 기반한 염기서열 해독에서 탈피해 더 빠르고 더 민감한 단일 염기 변이 검출기술을 설계했다. 핵심은 금나노입자와 자성입자를 이용한 선택적 단일염기 인식 및 서열치환 나노기술과 위치 특이적 하이드로겔 형광신호 발생을 이용한 광학기술로 시간을 단축했고 민감도를 높였다.

＜Toehold 매게 DNA 치환 기술을 이용한 단일 염기서열 변이 검출＞ 단일염기서열 변이를 선택적으로 인식하는 상보적 시퀀스가 도입된 금 나노입자와 자성입자를 사용하여 표적물질을 선택적으로 분리하고, 이후 금나노입자에 부착된 토홀드 시퀀스를 표면으로부터 떼어낸 후 형광이 소광 (quenching) 되어 있는 하이드로젤 마이크로 입자에 흘려보내면 Toehold 매개 DNA 치환반응이 일어나면서 형광소광물질이 떨어져 나가 선택적으로 광학 신호를 방출하게 됨. 그림설명 및 그림제공 : 한국과학기술연구원, 이효진 선임연구원

먼저 표적서열과 결합할 수 있는 금나노입자와 자성입자를 이용, 자석으로 원하는 표적서열만 추출하는 방식으로 증폭과정을 대신했다. 이어 네 종류의 염기마다 하이드로겔 내 서로 다른 위치에서 형광신호를 생성하게 함으로써 염기서열을 읽지 않고도 광학현미경으로 염기 차이를 쉽게 확인할 수 있도록 했다. 연구팀은 이 방법이 코로나19 등 감염병 검진, 각종 질병 진단 등 다양한 유전체 분석에 확장할 수 있는 실마리가 될 것으로 기대하고 있다.

이 박사는 "단일염기서열의 차이를 선택적으로 인식하도록 디자인된 DNA가 도입된 금 나노입자와 자성입자를 통해 시료 내 특정 염기서열을 1차적으로 인식한다"면서 '선택적으로 분리된 금나노입자에 부착되어 있었던 유전자를 떼어 내어 하이드로젤 형광입자에 흘려보내면 꺼져있던 형광신호가 표적 해당 위치에 맞게 선택적으로 되살아나도록 했다"고 설명했다.

이 박사는 또 "이번에 개발된 기술은 혈액응고 관련 유전자 변이를 2시간 내에 찾아낼 수 있었다"면서 "플랫폼 기술이기 때문에 코로나바이러스 등에도 적용할 수 있으며, 오미크론 변이의 특징을 인식해 빠른 시간 내에 잡아낼 수 있는 응용 기술을 개발 중"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 나노바이오 분야 국제학술지 ‘스몰(Small)’에 지난 19일 온라인 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr