커피 얼룩부터 유전자 가위까지 … 코로나 ‘즉시 진단’기술 등장

입력 2020.09.16 13:00

RT-PCR보다 간단한 공정… 30 분 만에 결과를 육안으로 확인
KAIST, 커피 얼룩 현상에 집중 … “코로나 19 적용 연구 중”
미국, 중국, 이스라엘, CRISPR, 분광학 적극 적용… 상용화 추진

일리노이 대학 연구진이 개발 한 코로나 19 급속 진단기 ‘LAMP’가 지난달 31 일 소개했다 ./PNAS

신종 코로나 바이러스 감염증 (코로나 19)을 시간과 장소에 상관없이 원하는 부위에 즉시 진단 할 수있는 기술과 프로토 타입이 속속 등장하고있다.

현재 널리 사용되고있는 ‘역전사 중합 효소 연쇄 반응 (RT-PCR, 분자 진단)’검사는 정확도가 높은 장점이 있지만, 고가의 인프라를 갖춘 의료기관에 시료를 보내고 바이러스의 핵산. 단점은 6 시간 이상 걸린다는 것입니다. 국내외 학계는 이러한 단점을 보완 할 수있는 기술을 개발하여 원하는 부위 (Point-of-Care)에서 진단하고 있습니다. 이러한 기술은 샘플을 의료 시설로 보낼 필요없이 저렴한 비용으로 수십 분 만에 육안으로 결과를 볼 수 있도록 설계되었습니다.

◇ KAIST, ‘커피 링 등온 유전자 검출법’개발 … 감도 대폭 증가

KAIST는 16 일 생명 공학과 정현정 교수 팀이 감염성 세균 및 바이러스의 신속한 진단을위한 ‘커피 링 등온 유전자 검출법 (iCoRi)’을 개발했다고 16 일 밝혔다.

연구팀은 ‘메티 실린 내성 황색 포도상 구균 (MRSA)’과 ‘항생제 내성 유전자 (mecA)’를 테스트 해 30 분 만에 결과를 확인했다. 코로나 19 바이러스를 진단 할 수 있도록 연구가 계속되고 있습니다.

iCoRi는 ‘커피 링 효과’의 응용 프로그램입니다. 커피 링은 커피 방울이 물체 표면에 떨어질 때 남는 고리 모양의 얼룩입니다. 스폿 패턴은 재료 및 모세관의 표면 장력과 같은 요인에 따라 달라집니다.

연구원들은 커피와 비슷한 얼룩을 남긴 특수 액체를 사용했습니다. 이 액체에 박테리아와 바이러스가 섞이면 얼룩 무늬가 사라집니다. 그것은 액체 분자와 박테리아 및 바이러스의 핵산 사이의 화학 반응의 결과입니다. 액체에 박테리아와 바이러스의 농도가 높을수록 얼룩이 더 가벼워졌습니다.

커피 링 등온 유전자 검출 방법 모식도 (위)와 세균 및 바이러스 농도에 따른 스팟 패턴 변화 (아래) / KAIST 제공

연구팀은 반점 패턴의 변화를 육안으로 관찰함으로써 30 분 이내에 시료 내 바이러스 유무와 양을 확인할 수 있었다. 스마트 폰과 같은 모바일 장치에서도 데이터를 기록하고 확인할 수 있습니다. 연구팀은 고가의 장비가 필요하지 않아 진단 비용이 낮아질 것으로 기대하고있다.

연구팀은 또한 ‘zeptoM’수준에서 바이러스 양을 감지하기 위해 감도를 높이기 위해 증폭 기술을 적용했습니다. 첫 번째 제 토몰 농도는 액체 10ml에 용해 된 물질 6 분자의 저농도입니다. 기존 진단 키트는 이보다 최소 1000 배 이상 높은 바이러스 농도 만 감지 할 수 있습니다.

◇ 미국, ‘형광 램프’상용화 준비 … 중국, CRISPR, 새로운 기능 사용

최근 미국과 중국에서 다양한 기술과 프로토 타입이 등장했습니다. 미국 일리노이 대학 연구진은 지난달 31 일 미국 국립 과학 아카데미 뉴스 레터 (PNAS)를 통해 화학 반응으로 인한 빛의 발생을 바탕으로 코로나 19를 진단하는 장치 ‘LAMP’를 개발했다고 밝혔다.

램프는 샘플을 넣는 키트와 본체에 해당하는 카트리지로 구성되어 있습니다. 키트의 샘플은 특수 액체와 혼합 된 다음 M 자형 와인딩 통로를 통해 농축됩니다. 그런 다음 키트를 카트리지에 삽입하면 섭씨 65 도의 이미지로 가열됩니다. 이 온도에서 액체와 바이러스는 약 30 분 동안 화학 반응을 일으켜 형광등을 방출합니다. 샘플에 바이러스가 없으면 빛이 없습니다. 코로나 19는 기기 표면의 인터페이스를 통해 빛이 발생 하는지를 육안으로 진단 할 수있다.

‘램프’로 30 분 만에 결과를 확인하는 모습. 양성 환자의 샘플을 사용했을 때 (왼쪽) 형광등이 눈에 띄었습니다 ./PNAS

연구팀은 “램프 프로토 타입으로 실제 시료를 진단 한 결과 RT-PCR 결과와 동일하다”고 설명했다. 현재 ‘패스트 래디우스’라는 현지 업체와 상용화를 준비하고 있으며, 면봉을 코에 깊숙이 넣어 시료 채취 대신 침술을 이용하는 방법도 연구 중이다.

비슷한 시간 인 지난달 27 일 쉬 저우 의과 대학 부속 병원 공동 연구팀이 ‘과학 공공 도서관 (POLS)’을 통해 ‘CRISPR-COVID’진단 방법을 도입했다.

이 방법은 ‘유전자 가위’라는 CRISPR 기술을 적용한 것입니다. 연구팀에 따르면 CRISPR의 주요 기능은 유전자 염기 서열을 편집하는 것이지만 최근에는 세균과 바이러스의 유전자 염기 서열을 분석하여 탐지 할 수있는 보조 기능이 밝혀졌다. 이를 이용한 결핵균 진단 방법은 이미 개발되어 기존 진단 방법의 정확도 수준을 보여주고있는 것으로 알려졌다.

CRISPR./PLOS를 사용한 COVID-19 진단 방법의 개략도

연구팀은 “이 기술을 코로나 19 샘플에 적용한 결과 40 분 이내에 감염 여부를 확인할 수 있었다”고 말했다. 1 회 진단에 필요한 재료비는 현재 약 3 달러 50 센트 (약 4,100 원)이며, 70 센트 (약 800 원)까지 낮추어 전체 진단 비용을 대폭 절감 할 수 있다고 주장했다. 대량 생산.

◇ 한국 중소기업, 이스라엘 신기술 및 15 분 이내에 진단 가능한 항원 키트 공급 계약

정부도 한국 화학 연구원을 중심으로 신속한 진단 키트 개발을 추진하고있다. 화학 연구소는 7 월 중간 결과를 발표했다. 김홍기 박사 연구팀은 15 분 이내에 진단 할 수있는 ‘항원 진단 기술’을 소개했다. 코로나 19 바이러스 항원에 결합하여 화학 반응을 일으키는 나노 미터 (nm · 10 억분의 1 미터) 크기의 항체를 이용하여 육안으로 반응을 확인할 수있는 기술입니다. 진단 키트로 사용하면 임신 검사와 비슷한 형태가 될 것으로 예상된다. 연구팀은 국내 기업인 ‘정밀 바이오’에 기술을 이전 해 올해 안에 상용화를 추진하고있다.

국내 발광 다이오드 (LED) 제조업체 ‘GV 골드 비트’는 지난 6 월 이스라엘 벤 구리 온대 연구진과 ‘테라 헤르츠 (THz, 1 조 Hz) 분광기’진단 기기를 아시아에 공급하기위한 MOU를 체결했다. 알려졌다. 이 장치는 THz 주파수의 빛이 100 ~ 140nm 크기의 입자로 구성된 물질을 통과 할 때 빛의 특성이 크게 변하는 원리를 적용합니다. 코로나 19 바이러스도 크기가 비슷하기 때문에 빛의 특성을 바꾸어 검출 할 수 있습니다. 유레 칼러 트 등 외신에 따르면이 방법을 사용하면 1 분 안에 결과를 확인할 수 있으며 1 회 시험 비용은 약 50 달러 (약 5,900 원)이다. 150 과목
이스라엘 국방부에서 실시한 초기 임상 시험에서 진단은 90 % 이상 정확했습니다.

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