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코로나19, 현장에서 17분 내 진단한다

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  • 류준영 기자
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  • 2020.12.03 19:00
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IBS, 나노물질 활용해 초고속 유전자증폭·검출하는 ‘나노 PCR’ 개발

기존 코로나19 진단방법의 단점을 극복한 ‘나노 PCR’기술/사진=IBS
기존 코로나19 진단방법의 단점을 극복한 ‘나노 PCR’기술/사진=IBS
코로나19(COVID-19) 집단발병이 에어로빅교습소와 병원, 교회 등에서 산발적으로 이어지면서 현장에서 바로 감염 여부를 판정할 수 있는 기술 보급이 절실해졌다. 이런 가운데 국내 연구진이 현장에서 17분 이내로 코로나19 양성·음성 여부를 검사할 수 있는 진단기기를 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 천진우 단장(연세대 화학과 교수), 이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수), 하버드 의과대학으로 이뤄진 국제공동연구팀이 나노물질을 이용해 코로나19 바이러스를 17분 내에 검출하는 ‘나노 PCR’를 개발했다고 3일 밝혔다.

현재 코로나19 표준검사법은 ‘역전사 유전자 증폭법(RT PCR)’이다. 진단시약 안에 있는 프라이머라는 물질이 특정 바이러스가 가진 유전자에 달라붙어 양을 증폭시킴으로써 바이러스를 검출하는 방법이다. 정확도가 높지만 바이러스 검출에만 4시간 이상 소요된다. 또 고가의 대형장비를 갖춘 병원·연구소 등으로 검체를 운송해 진단해야 하기 때문에 과정도 복잡하고 비용도 많이 든다. 실시간으로 현장 대응이 어렵다.

연구팀은 10~150nm(나노미터, ·1nm은 10억분의 1m)직경의 금·은 입자들로 이뤄져 광 흡수·분산 효율이 뛰어난 플라스모닉 물질과 자성 물질을 결합한 ‘마그네토 플라스모닉 나노입자’(이하 MPN)를 개발했다.

MPN은 특정 파장의 빛에서 빛 에너지를 열에너지로 바꾸는 ‘플라스모닉 효과’를 갖는다. 이를 이용하면 PCR의 온도변화 사이클을 초고속으로 반복해 기존 2시간 이상 걸리던 유전자 증폭을 5분 이내로 단축할 수 있다.

또 MPN이 지닌 강한 자기력이 외부자기장을 만들어 증폭된 유전자에서 나노물질을 자동으로 분리해낸다. 이는 유전 물질에 붙은 형광신호의 발광을 도와 소량의 DNA(유전자)로도 정확한 검출을 할 수 있다.
nanoPCR를 사용하여 17분 안에 코로나 바이러스를 진단하는 과정 본 연구에서 개발한 코로나 바이러스 RNA 추출키트를 통해 RNA를 추출한 뒤,MPN을 사용하여 초고속 온도 상승/강하를 11분간 구현하여 코로나바이러스의 유전자를 증폭하도록 하였다. 증폭된 유전자의 검출을 위하여 외부자기장에 의해 나노물질이 스스로 분리되어 유전물질의 형광신호를 증폭하게 된다/사진=IBS
nanoPCR를 사용하여 17분 안에 코로나 바이러스를 진단하는 과정 본 연구에서 개발한 코로나 바이러스 RNA 추출키트를 통해 RNA를 추출한 뒤,MPN을 사용하여 초고속 온도 상승/강하를 11분간 구현하여 코로나바이러스의 유전자를 증폭하도록 하였다. 증폭된 유전자의 검출을 위하여 외부자기장에 의해 나노물질이 스스로 분리되어 유전물질의 형광신호를 증폭하게 된다/사진=IBS

연구진은 MPN을 PCR에 적용해 초고속 유전자증폭·검출이 가능한 현장진단형 코로나19 진단 장비인 ‘나노 PCR’를 개발했다. 기존 RT PCR와 동일한 수준의 민감도와 정확도(99%)를 지녔다.

연구진은 나노 PCR로 의심환자 150명에 대한 코로나19 진단 임상 실험을 진행했다. 그 결과 환자 1명당 검체 체취부터 진단까지 약 17분이 걸렸다. 또 감염 여부도 정확히 판정했다.

천 단장은 “나노 PCR는 코로나19 뿐 아니라 다양한 바이러스 전염성 질병 진단에 응용할 수 있다”고 말했다. 또 “이번 연구는 실험실 수준의 연구성과로 진단기기 상용화 및 실제 현장 배치를 위해서는 후속연구가 더 이뤄져야 한다”고 덧붙였다.



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