세계 최초 다종 단일유전자 변이 동시 검출 신기술개발 및 다약제내성 결핵 검출 키트 개발
작성자관리자 작성일2016-12-20
- 세계최초 한번의 PCR을 통해서 다종의 단일유전자 변이(SNP, Single Nucleotide Polymorphism)를 동시에 검출할 수 있는 신의료기술 개발·인증
- 신기술을 적용한 다약제내성 결핵(Multidrug-resistant tuberculosis) 진단이 가능한 진단키트 개발
한국보건산업진흥원(원장 이영찬)은 세계 최초 한번의 PCR로 다종의 단일유전자 변이(SNP, Single Nucleotide Polymorphism)를 검출할 수 있는 신기술을 개발하고, 이 신기술을 적용하여 다약제내성 결핵(Multidrug-resistant tuberculosis, MDR-TB)의 정확한 진단을 위한 키트 개발에 성공했다고 밝혔다.
이번 연구는 (주)바이오메트릭스 테크놀로지(대표이사 김태선) 연구팀과 연세대학교 조남훈 교수 연구팀의 협력연구의 결과이며, 보건복지부 감염병위기대응기술개발사업(난치성결핵 극복 기술개발)의 지원으로 추진되었다.
연구 결과로 개발된 다중 단일유전자변이 검출 기술은 신의료기술사업평가본부(NECA)로부터 신의료기술로 인정(2016년 5월 16일)을 받았으며, 다약제내성 결핵 진단키트인 MTBDR-RIF 9G Membrane KIT는 식품의약품안전처로부터 의료기기 제조(품목)허가(2016년 8월 5일)를 받았다.
※ 신의료기술 정보 |
(신의료기술) 선형 단일유전자 변이(SNP) 검출기술로 결핵의 내성관련 유전자인 rpoB 유전자의 코돈 531, 526, 516, 522, 511 5종의 SNP를 동시에 분석이 가능하며,
한번의 PCR로 여러 부위의 변이영역을 거의 동일한 수준의 형광감도로 확인할 수 있어 각각의 코돈에서 나타나는 SNP 변이를 기존의 기술에 비해 50-100배 높은 수준의 분석능으로 확인하는 세계 최고의 기술이다.
(제품개발) (주)바이오메트릭스 테크놀로지사의 신개발 제품인 MTBDR-RIF 9G Membrane KIT는 조기에 결핵균을 확인함과 동시에 감염된 결핵균에 대한 약제 내성을 확인하여,
진단결과에 따른 적절한 의약품으로 처방함으로써, 추가적인 약제 내성에 대한 위험성을 최소화하고 치료 기간 및 비용을 줄일 수 있다는 것이 회사측의 설명이다.
관련 연구결과는 국제학술지인 'Chemical Communication(IF=6.7)'에 발표하였고, 제품의 임상결과는 결핵 전문 국제 학술지인 'Tuberculosis‘에 발표된 바 있다.
공동연구 책임자인 연세대학교 조남훈 교수는 “개발제품이 다약제내성에 의한 난치성 결핵의 관리 및 퇴치에 도움이 되기를 기대하고 있다”고 연구 의의를 밝혔다.
<자료문의> (주)바이오메트릭스 테크놀로지 연구소장 송금수 (033-258-6097)
<붙임> 1. 주요 연구내용
2. 관련 그림설명
3. 용어설명
(붙임1) 논문의 주요 연구내용
□ 주요 연구내용
○ 국내의 결핵사망자수는 2008년 기준으로 4.7명/10만 명, 신환자 수는 45000 명, 결핵유병자는 70.3명/10만 명 수준으로 보고되고 있다. 특히 이러한 결핵환자의 46.1%가 생산연령 계층인 20~40대가 주를 이루고 있으며 연간 결핵 신환자 발생 수와 결핵 사망자수는 OECD 국가 중 1위에 해당된다.
○ 난치성 결핵은 대부분인 결핵의 약제 내성에 의해 발생하고 있으며 일반적으로 결핵 약제에 대한 내성은 해당 약제의 타켓 유전자의 돌연변이에 기인하는 것으로 알려졌으며, 약제내성관련 유전자 돌연변이를 신속하게 검출함으로써 각 결핵환자에 대한 적절한 약제의 선정에 참고할 있음이 제시되었다.
○ 배양된 결핵균을 대상으로 약제내성관련 유전자의 돌연변이 여부와 배지를 이용한 전통적인 약제감수성 검사 결과를 비교하는 연구는 많이 이루어졌으나 결핵환자의 객담을 이용한 신속내성검사 결과에 근거한 치료약제의 선정에 대한 연구는 충분히 이루어지지 않았다.
○ 다제내성 결핵환자가 중도에 치료를 포기하는 가장 큰 이유는 환자들이 복용해야 할 약제들이 부작용에 있기 때문이며, 다제내성 결핵환자가 발생하였을 경우 환자를 적극적으로 치료하고 관리하여 완치함으로써 주위 사람들에게 다제내성 결핵균의 전염을 차단해야 한다.
○ 약제내성을 판정하기 위해서는 여러 군데의 단일염기변이(SNP) 영역을 분석하야만 한다. 기존의 분석방법들은 다종의 SNP 영역의 동시 분석이 불가능하여 각각의 SNP 영역을 각각 검출하는 방법으로 분석해야만 하기 때문에 검출 시간과 비용이 많이 필요하였다. 본 과제에서는 다종의 SNP 영역을 하나의 PCR 결과물을 사용하여 최소 5-6종 이상을 동시에 분석이 가능한 선형 단일유전자 변이(SNP, Single Nucleotide Polymorphism) 검출기술을 세계 최초로 개발하여 다종 SNP 동시 검출 시스템을 개발하였다. 선형 단일유전자 변이 검출기술은 검출하고자하는 부위와 상보적인 유전자를 혼합하여 검출하는 부위의 유전자를 두 가닥으로 만들어서 반응 효율을 높이는 방법이다.
○ 본 과제에서는 결핵의 진단 및 약재 내성 진단의 정확성과 편의성을 높이기 위한 검출 기술을 개발 및 이를 적용한 결핵 약재 내성 분석 제품인 MTBDR-RIF Membrane KIT를 성공적으로 개발하였다. 기존 분자진단법은 결과 판독을 위해 10단계 이상의 과정을 거쳐서 6-10시간 이상의 검사시간을 거쳐야만 결과 판독이 가능하며 또한 80% 수준의 민감도와 90% 이하의 특이도를 보이기 때문에 신속하면서 정확한 진단에 문제가 있는 것으로 알려져 있다. 본 과제에서는 난치성 결핵의 신속진단을 위하여 샘플채취부터 결과분석까지 3-4시간 이내에 결과 분석이 가능하면서 95% 이상의 민감도와 100% 수준의 특이도를 보이는 임상결과를 확인하였다.
(붙임2) 관련 그림 설명
<그림1> 선형 단일유전자 변이(SNP, Single Nucleotide Polymorphism) 검출기술.
검출하고자하는 부위와 상보적인 유전자(splitter DNA)를 혼합하여 검출하는 부위의 유전자를 두 가닥으로 만들어서 반응 효율을 높이는 방법으로 splitter DNA를 사용하지 않았을 경우 target DNA의 결합이 어려운 반면 splitter DNA를 사용할 경우 target DNA가 한가닥으로 되어 결합이 용이함을 보여주고 있다.
<그림2> MTBDR-RIF 9G Membrane KIT의 제품 사진.
결핵의 약제 내성을 검출할 수 있는 제품으로 유전자 strip, PCR 키트(PCR premix primer), 교잡반응 용액, 그리고 세척 용액으로 구성되어있으며 키트 당 54테스트 분량으로 구성되어 있다.
<그림3> MTBDR-RIF 9G Membrane KIT의 의료기기 제조(품목)허가증.
MTBDR-RIF 9G Membrane KIT의 의료기기 제조(품목)허가를 2016년 8월 5일 식품의약품안전처로부터 허가받았다.
(붙임3) 용어설명
1. 다약제내성결핵(multidrug-resistant tuberculosis, MDR-TB)
다약제내성결핵은 1차 약물(주로 항결핵약제인 isoniazid (INH)와 rifampicin (RIF)를 의미함)에 내성인 결핵을 의미로 치료되지 않는 결핵을 말하며, 난치성 결핵이라고도 한다. 지난 2008년 한 해동안 전 세계에서 44만 명의 난치성 결핵(MDR-TB) 환자가 발생해 15만 명이 사망한 것으로 보고되었고, 세계보건기구(WHO)는 2015년까지 복수의 치료제에 내성을 가진 난치성 결핵(MDR-TB) 신규 감염자가 200만 명 이상이라고 밝혔다. WHO는 또 MDR-TB보다 치료가 더 힘들고 2차 약물에도 듣지 않는 '광범위 내성 결핵(XDR-TB)' 환자도 매년 약 2만5000명 가량 발생하고 있다고 밝혔다.
2. 단일유전자 변이(SNP, Single Nucleotide Polymorphism)
염색체가 갖고 있는 30억 개의 염기 서열 중 개인의 편차를 나타내는 한 개 또는 수십 개의 염기변이를 말한다. 보통 1000개당 1개의 단일유전자변이가 나타나는 데 이것은 발병원인, 치료제에 대한 반응 등 개인의 차이를 가져오는 원인이 된다. 이런 현상이 발생하는 이유는 보통 3개 유전자가 결합해 하나의 아미노산이 만들어지고 그런 후 다시 아미노산이 결합해 단백질이 형성되는데 최초 출발점인 유전자 하나에 변이가 생기면 전과정이 달라지기 때문이다. 단일유전자변이는 개인별, 연령별, 성별, 인종별 등에 따라 달라지는데 이러한 것을 분석하면 맞춤 의약뿐 아니라 신약 개발에까지 응용될 수 있다.
3. 유전자 칩(DNA chip)
유리나 실리콘으로 만든 작은 판 위에 인간의 유전정보가 담긴 효소 조각을 부착한 생화학반도체를 말한다. 모든 생명체의 유전자(DNA)는 아데닌(A)과 티민(T), 구아닌(G)과 시토신(C) 등 4개의 염기로 구성되어 있는데 이중 A는 T와 G는 C와 결합하는 성질을 갖고 있다. 이러한 특성을 이용, 검사 대상 유전자가 유전자 칩에 부착된 유전자와 결합하는 형태에 따라 검사 대상의 질병이나 발병 가능성을 판단할 수 있다. 검사 방법은 다음과 같다. 우선 분석하고자 하는 유전자를 분리해 형광물질을 입힌 다음 그것을 유전자 칩 위에 바른다. 그러면 염기의 결합 특성에 따라 유전자 칩과 분석대상의 염기인 A와 T, G와 C가 서로 짝을 찾아 결합하게 된다. 여기에 레이저광선을 쏘아 결합 유전자의 발광 상태를 확인하면 분석 대상 유전자의 염기서열을 확인할 수 있게 된다. 유전자 칩은 유전자 돌연변이로 인해 발생하는 각종 질병과 난치병의 진단 및 치료는 물론 동식물의 검역이나 식품의 안전성 검사, 신약개발 등의 분야에 다양하게 활용될 수 있다.
4. PCR(polymerase chain reaction, 중합효소연쇄반응)
1988년 에를리히 등에 의해 개발된 획기적인 분자생물학적 방법이다. PCR의 가장 큰 목적은 원하는 DNA의 증폭이다. 유전자검색법등을 이용한 과학수사연구나 여러 가지 생물체 내의 DNA 연구, 유전병의 진단 등에서 가장 어려운 문제는 특정 DNA를 순수하게 분리하기 어렵고 분리할 수 있는 양이 미량이라는 점이다.
그러므로 DNA의 증폭이 필요하게 되었고, 증폭이 가능하게 되면 아주 적은 양의 DNA만으로도 실험을 실시할 수 있을 정도로 충분한 양을 얻을 수 있다. 일반적으로 PCR 반응혼합액에는 주형으로서의 시료 DNA와 2종의 프라이머, 'Taq DNA중합효소', 그리고 4종의 'dNTP' 등이 포함되어 있다. 이중 프라이머로는 특정 DNA 절편에서 각 단일나선의 3'말단 염기서열에 상보적으로 결합할 수 있도록 합성된 올리고뉴클레오티드가 사용된다. 먼저 PCR는 반응혼합액에 고온(94℃)을 가하여 주형 DNA를 단일나선으로 분리시킴으로써 시작된다(변성). 뒤이어 온도를 낮춤으로써 혼합액 속의 프라이머가 목표 DNA의 각 단일나선에 결합하게 되며(어닐링：일반적으로 40~60℃에서 실행), Taq DNA 중합효소에 의해 새로운 DNA 가닥이 합성된다(중합반응：일반적으로 Taq DNA 중합효소의 적정 활성온도인 72℃에서 실행). 따라서 새로운 DNA의 합성은 두 프라이머 사이의 DNA 서열을 따라 진행된다. 이와 같이 1주기의 PCR에 의해 특정 DNA 절편은 2배가 되며 이들은 다시 다음 PCR의 목표 DNA로서 작용하게 되어, 연속적인 n주기가 진행되고 나면 그 특정 DNA 절편의 수는 2n으로 지수적인 증폭을 하게 되는 것이다.
'판교핫뉴스1' 카테고리의 다른 글
| 中 ‘FTA 활용지원센터’, 주요 1선 도시 설치 완료- 광저우, 톈진, 다롄 등 3개 지역 추가로 총 7개로 늘어나 (0) | 2016.12.21 |
|---|---|
| 한 눈으로 보는 중국 ICT 유력기업 60强 : 소프트웨어 20强, 인터넷서비스 20强, 전자정보통신 20强 중심으로[KOTRA 심층보고서] (0) | 2016.12.21 |
| 빅데이터 융합으로 국민건강 지킨다- 미래부▪심평원, DUR을 활용한 한국형 질병감시 예측 시스템 협력 개발 (0) | 2016.12.21 |
| 진정(수면) 내시경 검사비용 절반 이하로 줄어든다, 100만명 혜택 (0) | 2016.12.21 |
| 금융보안원, 국내 처음으로 「금융회사 침해사고 준비도 가이드」 발간 (0) | 2016.12.21 |