만능 바이러스진단기술 나왔다...코로나 등 더 빠른 진단기대

KAIST 리섕-김유식 교수팀 연구 성과나와

핵산증폭 없이 감염세포 용해액으로 판독

사료 등 없이도 쉽고 빠른 진단 돌파구 열려

긴 ‘dsRNA’ 검출을 위한 항체 고정 기판 제작을 위한 모식도. (a) 고정화된 dsRNA 항체는 짧은 dsRNA 및 ssRNA는 포집하지 않고 긴 길이의 dsRNA만을 선택적으로 포집할 수 있다. (b) 표면 고정화 및 dsRNA 포집에 활용된 J2 dsRNA 항체를 다시 이용하여 포집된 긴 dsRNA에 다른 지역에 형광물질이 부착된 J2 항체를 이용하여 검출 민감도를 향상시킬 수 있다. /자료제공=KAIST

바이러스 존재 여부를 핵산 증폭 없이 감염된 세포의 용해액만으로도 판독 가능한 신기술을 국내 연구진이 개발했다. 신종 코로나바이러스감염증(코로나19)과 같은 질환의 감염 확인하기 위해 우리나라 등 주요국이 활용하고 있는 유전자증폭(RT-PCR) 방식보다 한층 신속하고 정확한 진단을 할 수 있는 돌파구가 될지 주목된다.

한국과학기술원(KAIST)은 본원의 리섕·김유식 교수 공동연구팀이 바이러스의 특징을 이용해 다양한 종류의 바이러스를 검출할 수 있는 만능 진단기술을 개발했다고 28일 밝혔다. 이 기술이 실용화되면 현재의 유전자 증폭(PCR) 검사와는 달리 시료 준비나 핵산 증폭, RNA 핵산 서열 정보가 필요 없다. 그만큼 각종 바이러스 감염병이나 신·변종 바이러스를 쉽고 빠르게 진단하는 기술이나 키트(Kit) 등을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다고 KAIST는 설명했다.

이 기술은 바이러스의 특이적으로 존재한다고 알려진 ‘이중나선 RNA(이하 dsRNA)’검출을 기반으로 한다. 리보핵산(RNA)은 일반적으로 디옥시리보핵산(DNA)이 가진 유전정보를 운반해 단백질을 생산하게 한다. 그러나 단백질을 만들지 않는 다양한 ‘비번역 RNA(non-coding RNA)’가 존재하는데 이들은 세포 내 신호전달, 유전자 발현 조절, 그리고 RNA 효소적 작용 등의 다양한 역할을 맡는다. 이러한 비번역 RNA들에 상보적인 핵산 서열을 가지는 RNA가 결합해 형성된 ‘dsRNA’는 특히 바이러스에서 특이적으로 많이 발견된다.

dsRNA는 DNA 바이러스의 전사 또는 RNA 바이러스의 복제 과정에서 생산되는데, 인간 세포는 바이러스 dsRNA를 외부 물질로 인지해 면역반응을 일으킨다. 특이하게도 바이러스 dsRNA를 인지하는 인간의 선천성 면역반응시스템은 핵산 서열 정보를 무시한 채 dsRNA의 길이나 말단 구조와 같은 형태적 특징을 이용해 dsRNA와 반응한다. 인간 면역체계가 다양한 종류의 바이러스에 대처를 가능케 하는 이유다.



공동연구팀은 이런 인간 면역체계의 원리에 착안해 바이러스의 특징인 길이가 긴 dsRNA를 검출할 수 있는 기판 제작을 통해 다양한 종류의 바이러스를 핵산 서열 정보 없이 검출할 수 있도록 했다. 실리카 기판 표면에는 펜타 플루오르 페닐 아크릴레이트(PPFPA) 반응성 고분자를 코팅해 높은 효율로 빠르고 간편하게 dsRNA를 인지하는 항체를 고정시켰다. 이렇게 개발된 기판에서 면역반응을 일으키는 76bp(base pair, 염기 쌍 개수를 의미하는 길이 단위) 이상의 긴 길이를 가지는 dsRNA를 검출할 수 있었다. 또한, 감염이 되지 않은 세포에서 발견되는 단일 가닥 RNA와 함께 19bp의 짧은 dsRNA는 전혀 검출되지 않아 바이러스 감염 진단용으로 활용 가능성을 확인했다.

연구팀은 이어 바이러스 dsRNA의 긴 길이를 활용한 2단계 검출 방법을 찾기 위해 많은 도전 끝에 특이도 및 민감도가 향상된 바이러스 dsRNA 검출기술을 개발하는 데 성공했다. 연구팀은 이와 함께 시료 준비과정도 대폭 간편화시켜 세포에서 RNA를 분리하거나 정제 작업 없이 감염된 세포의 용해액만을 이용해 바이러스 dsRNA를 검출할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 A형과 C형 간염 바이러스에 감염된 세포에 적용한 결과, 바이러스 dsRNA의 존재 여부를 핵산 증폭 없이 판독하는 데에도 성공했다.

리섕 교수는 “이번 연구에서는 A형 간염과 C형 간염 dsRNA만을 검출했지만, 바이러스 dsRNA는 다양한 종류의 바이러스에서 발견된다”고 설명했다. 이어서 ”이번에 개발한 dsRNA 검출기술은 다양한 바이러스에 적용 가능해 만능 감염병 진단기술로 발전될 수 있고, 특히 공항·학교 등 공공장소에서도 쉽고 빠르게 감염병을 검출할 수 있어 효과적인 방역대책을 마련하는데 유용할 것“이라고 밝혔다.

이번 연구에는 생명화학공학과 박사과정에 재학 중인 구자영, 김수라 학생이 공동 제1 저자로 참여했다. 연구결과는 지난 4월 9일 국제 학술지 ‘바이오마크로몰레큘스(Biomacromolecules)’ 온라인 판에 게재됐다. 논문명은 ‘Reactive Polymer Targeting dsRNA as Universal Virus Detection Platform with Enhanced Sensitivity’이다. 이번 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업과 국방과학연구소 순수기초연구 용역사업에 지원을 받아 수행됐다. /민병권기자 [e-mail]