코로나바이러스 진단, 유전자 가위를 사용 40분 만에 테스트 결과 받는다.
CRISPR / Cas-System을 사용, PCR 테스트와 유사한 바이러스 탐지 가능하고 더 빠르다.

연구원들이 CRISPR 유전자 가위를 사용하여 빠르고 안정적인 코로나바이러스-테스트를 개발했다. 기존 PCR 실험실 테스트와 유사한 방식으로 바이러스 RNA를 탐지하지만 40분 밖에 걸리지 않는다. DETECTR 테스트는 샘플을 실험실로 가져갈 필요 없이 어느 곳에서나 수행 할 수 있다. 과학자들이 "Nature Biotechnology" 저널에 보고한 내용이다. 

▲ CRISPR / Cas-System을 사용, PCR 테스트와 유사한 바이러스 탐지 가능하고 더 빠르다. 출처:pixabay

현재 코로나 전염병에서 테스트 능력이 가장 큰 병목 현상 중 하나이다.
SARS-CoV-2의 RNA 탐지가 가능한 일반적인 PCR 테스트는 신뢰할 수 있지만 몇 시간이 걸린다. 또한 적절한 장비와 시약이 있는 실험실에서만 수행 할 수 있다. 따라서 공개되지 않은 감염자 수는 상당하다. 코로나-특이적 항체에 대한 초기 빠른 테스트도 이미 있지만, 이들은 종종 구체적이지 않고 감염의 조기 진단에 부적합하다.

바이러스 탐지견으로서의 유전자 가위

CRISPR / Cas 유전자 가위가 이제 도움이 될 수 있다.
샌프란시스코의 매머드 바이오 사이언스(Mammoth Biosciences)의 제임스 브로톤(James Broughton)과 그의 동료들은 PCR 테스트와 유사한 원리로 작동하지만 훨씬 더 빠른 테스트를 개발했다. 순수한 테스트에만 2-4시간이 걸리는 지금과는 달리 현장에서 실험실 장비 없이 40분 만에 결과를 보여 준다.

새로운 테스트는 CRISPR 유전자 가위가 유전 물질의 특정 부분을 찾아서 고정할 수 있는 능력을 활용한다. CRISPR에 통합된 짧은 DNA 단편은 올바른 위치에 대한 검색 절차로 사용되며, 유전자 가위의 Cas12-효소가 표적 게놈에서 올바른 염기 서열을 찾는 데 도움이 된다. 

▲ CRISPR-Cas9-복합체의 3D-구조. 출처: wikimedia

SARS-CoV-2에 만 적용

이것은 DETECTR 테스트에서 정확히 일어난 일이다.
유전자 가위는 코로나바이러스의 2개의 RNA 서열로 특징 지어진다.
첫 번째는 외피 단백질의 일부를 암호화하며 이전 SARS 및 박쥐 바이러스에서 발생한 SARS-CoV-2에서 나타난다. 그러나 RNA의 두 번째 섹션은 현재 코로나바이러스에 특이적이며 패키지화된 바이러스 게놈인 핵단백질의 일부다.

브로톤(Broughton)과 그의 동료들은 첫 번째 테스트에서 이러한 검색 절차가 다른 코로나바이러스와 혼동하지 않고 SARS-CoV-2를 안정적으로 탐지하기에 충분한지 여부를 확인했다.
이를 위해 샘플 액체의 다양한 바이러스에서 인공적으로 만든 RNA를 넣고 CRISPR / Cas12 유전자 가위를 추가했다.
그 결과 "CRISPR / Cas12 기반 탐지 시스템은 관련 코로나바이러스 유형과의 상호반응 없이 SARS-CoV-2를 탐지 할 수 있다."

바이러스 RNA의 검출 역치는 마이크로 리터당(micro liter) 10카피(copy)였다.
따라서 유전자 가위는 고전적인 PCR 테스트보다 약간 덜 민감하며, 이는 여전히 마이크로 리터당 하나의 RNA 카피를 검출 할 수 있다.

바이러스 게놈의 신속한 복제

그러나 이 원칙을 환자 샘플과 함께 사용하려면 먼저 바이러스 RNA를 복제해야 한다.
RNA 조각의 충분한 사본이 이용 가능할 경우에만 유전자 가위가 그것들을 증명할 수 있기 때문이다. 현재의 PCR 테스트에서 이는 RNA를 DANN으로 변환한 후 효소보조 폴리머라제- 연쇄반응으로 복사하여 수행된다. 여기서 샘플들은 교대로 가열되고 냉각돼야 한다.

대신 DETECTR은 소위 등온 증폭을 사용한다.
이를 위해 바이러스 RNA도 먼저 DNA로 옮겨진 다음 일정한 온도에서도 작동하는 중합 효소에 의해 복제된다. 간단히 말해서 RT-LAMP라고 하는 이 프로세스는 특수 장비 없이 실행된다는 장점이 있다. 폴리에틸렌 글리콜을 첨가하여 크게 가속화 할 수 있다. 이를 통해 전체 DETECTR 테스트를 빠른 테스트로 구성 할 수 있다.

PCR만큼 정확

브로튼(Broughton)과 그의 팀은 환자의 총 83개의 면봉 샘플을 테스트하여 DETECTR 테스트가 실제로 얼마나 잘 작동하는지 확인했다. 이들 중 약 절반은 이전에 PCR에 의해 SARS-CoV-2에 대해 양성인 것으로 결정되었고, 나머지는 음성이지만 다른 호흡기 바이러스에 감염되었다. 새로운 빠른 테스트는 PCR에 비해 이를 얼마나 잘 인식할까?

"PCR 분석과 비교해 DETECTR 테스트 결과는 긍정적인 결과에 대해서는 95%, 부정적인 결과에 대해서는 100%의 일치를 보여 주었다"고 Broughton과 그의 동료들은 보고했다.
그들의 의견으로는 DETECTR은 임상 실습에 사용하기 위한 간단하고 신뢰할 수 있는 빠른 테스트이다.

반복되는 환자 검사에 적합

"우리의 DETECTR 분석과 같은 테스트는 환자에 대한 반복 테스트를 수행하는 데 특히 적합하다." 고 연구원들은 설명한다. 예를 들어, Covid의 전형적인 증상이 있는 환자가 처음 SARS-CoV-2에 대해 음성 검사를 하는 경우 이와 같이 밀접하게 반복되는 검사가 중요하다. 그러나 Covid-19-환자가 바이러스가 없는 상태로 퇴원할 수 있는 시기를 결정하려는 경우에도 마찬가지다.

또 다른 장점은 CRISPR 기반 테스트는 "검색 템플릿"을 교환함으로써 새로운 바이러스에 비교적 빠르게 적응할 수 있다고 연구원들은 보고했다. 이것은 동물에서 인간에게 전염되는 전염병 및 바이러스의 위험이 높기 때문에 특히 중요하다. Broughton과 그의 동료들은 “신생 바이러스 감염을 신속하게 탐지할 수 있는 진단 방법이 절실히 필요하다”고 말했다.

연구원들은 DETECR 시험이 공식적으로 승인되는 시기와 충분한 수량으로 제공될 시기는 아직 열려 있다고 말했다.
(Nature Biotechnology, 2020; doi : 10.1038 / s41587-020-0513-4)

[더사이언스플러스=문광주]

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