[사진설명] (왼쪽부터) 고려대학교 박기성 박사, 한국기계연구원 홍유찬 박사, 고려대학교 백승필 교수

고려대학교 세종캠퍼스(부총장 김영)가 DNA 압타머 기반 표면증강 라만 분광법을 이용하여 COVID-19 선별 진단검사를 10분 이내 판별해 낼 수 있는 초고감도 진단 기법 개발에 성공했다.

 

백승필 (생명정보공학과, 교신저자) 교수, 박기성 박사 (제1저자), 홍유찬 박사 (한국기계연구원, 공동 교신저자)의 공동연구로 코로나19 변이 바이러스를 정확히 구분할 수 있는 DNA 압타머 기반 표면증강 라만 산란 센서 플랫폼을 개발했다.

 

이는 향후 코로나 바이러스의 미래 변종을 감지할 수 있는 잠재력이 있으며, 다양한 기타 병원체의 진단 도구의 신속하고 경제적인 개발을 이루는 데 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

 

■ 압타머 (aptamer)는 표적물질에 특이적으로 결합하는 특성을 가지는 단일 가닥의 핵산 (DNA 또는 RNA)으로, 항체와 동일한 특성을 가진다. SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponetial enrichment)라고 하는 시험관 진화법에 의해 선별할 수 있고, 금속이온, 소분자 물질, 단백질뿐만 아니라 세포에 이르기까지 다양한 표적분자에 결합할 수 있는 특징 때문에 최근 국내외적으로 연구 활용성이 지속적으로 상승하고 있다.

 

■ 백승필 교수 연구팀은 기존 압타머 선별 기법인 SELEX의 단점인 노동집약적이고 비효율적인 프로세스를 획기적으로 보완한 Particle Display SELEX 기법을 이용하여 DNA 압타머를 단시간 고효율적인 방식으로 발굴해내는 기술을 보유하고 있다. 이 기술을 이용하여 SARS-CoV-2 (COVID-19를 일으키는 바이러스) 표면에 존재하는 spike 단백질을 표적으로 단 4라운드 만에 높은 친화력을 가지는 2종의 DNA 압타머를 최근 성공적으로 발굴했다.

 

■ 이를 한국기계연구원 홍유찬 박사 연구팀이 개발한 표면증강 라만 산란 증폭용 silver nanoforest 기판과 접목하여 DNA 압타머 기반 표면증강 라만 산란 센서 플랫폼을 완성하였다. 특히 DNA 압타머의 고유 신호를 이용한 무표지방식으로 aM 농도 (atto molar, 10-18)의 검출한계를 달성하여 초민감도 (ultra-sensitivity)를 선보였다.

 

■ 연구팀은 세종보건환경연구원의 여상구 박사 지원으로 세종시 시민 80명의 검체 (음성 검체 20개, 야생형 검체 20개, 델타 변이 검체 20개, 및 오미크론 변이 검체 20개)를 제공받아 개발한 플랫폼을 통해 검사를 진행한 결과, 다양한 변이에도 불구하고 99.75% 이상의 정확도를 선보이며 음성과 양성을 정확히 구분하는 데 성공했다.

 

백승필 교수는 “이 연구를 통하여 DNA 압타머를 이용한 감염병 진단의 일반화를 앞당기고 향후 또 다른 펜데믹에 빠르게 대응할 수 있기를 기대한다”라고 밝혔다.

 

본 연구는 한국연구재단의 개인 과제인 중견연구자 사업과 집단과제인 지역혁신 선도연구센터 RLRC 사업, 그리고 한국기계연구원 기본사업의 지원을 받아 수행됐다.

 

이번 연구결과는 바이오센서 분야 세계적 권위지인 “Biosensors and Bioelectronics” (I.F.: 12.545, 관련 분야 상위 2.87% 이내)에 온라인판으로 3월 8일 게재됐으며, 2023년 5월호에 최종 출간될 예정이다. (논문명: Ultra-sensitive label-free SERS biosensor with high-throughput screened DNA aptamer for universal detection of SARS-CoV-2 variants from clinical samples)

 

KUS-ON 학생홍보기자단 취재 오승희

자료제공 : 백승필 교수 연구실