■ PCR 보다 12배 빠른 분자 진단 기술 개발

■ PCR 보다 12배 빠른 분자 진단 기술 개발

 

2021년 01월 코로나19 바이러스 감염증 확진자가 매일 1,000명 안팎으로 쏟아지자 방역 당국은 수도권을 중심으로 임시 선별 검사소를 운영하며, ‘신속 항원 검사’를 도입했다. 증상이 나타나지 않는 ‘숨은 감염자’를 선제적으로 찾아내기 위한 조치이다. 전문가들은 코로나19 사태 초기 한국이 방역 모범국으로 불린 이유로 신속하고 광범위한 검사가 가능한 의료 체계를 꼽는다. 하지만, 현재 활용되는 진단기술은 시간이 오래 걸리거나 정확도가 떨어지는 등 완벽하진 않다. 코로나19 확산이 장기화되면서 기존보다 더욱 빠르고 정확한 진단기술을 개발하려는 경쟁에 불이 붙고 있다.

 

● 국내 연구진, PCR보다 빠른 ‘분자 진단’ 기술 개발

 

★ 현재 코로나19 진단에 활용되는 대표적 검사 방법은 PCR(중합 효소 연쇄 반응) 검사이다. 피검사자의 유전자(DNA)를 증폭시켜 코로나19 바이러스의 양성 대조군과 비교해 분석한다. 정확도가 높지만, 결과가 나오는 데, 최소 6시간이 걸린다. 검사량이 몰릴 경우, 하루를 넘기기도 한다. 바이러스를 정제하고 증폭시키는 값비싼 장비도 필요하다. ★ ‘신속 항원 검사’는 진단 키트에 항원 (바이러스)을 인식하는 항체를 코팅해 검체와 반응시켜 감염 여부를 가린다. PCR 검사와 달리 15-30분이면, 양성 여부를 확인할 수 있지만, 위양성 (거짓 양성) 비율이 약 40%에 달해 정확도가 떨어진다. 두 검사 방법의 약점을 극복할 수 있는 기술이 국내에서 개발되고 있다. PCR 수준의 정확도를 갖추면서도 30분 만에 진단이 가능해 감염병 진단의 패러다임을 바꿀 수 있을 것으로 기대된다.

 

★ 포스텍 화학공학과의 이정욱·정규열 교수 연구팀은 코로나19 바이러스 RNA를 신속하게 검출 진단하는 기술 (SENSR)을 개발해 2021년 09월 국제학술지 ‘네이처 바이오 메디컬 엔지니어링’에 발표하고 현재 상용화를 진행하고 있다. 이 기술은 그동안 암이나 당뇨 같은 대사 질환에 주로 쓰인 분자 진단 기술을 활용한다. 분자 진단은 세포 내에서 발생하는 분자 수준의 변화를 평가해 질환 여부를 판단하는 진단 기법이다. 분자 진단에서 분자는 보통 DNA나 DNA가 지닌 유전 정보에 따라 필요한 단백질을 합성하는 데, 관여하는 핵산인 RNA를 뜻한다. 이들은 질환을 판단하는 체내 지표인 ‘바이오마커’의 일종이다. 그동안 식중독이나 감염 질환의 경우, 계절적 요인이 작용하거나 시간이 지나면 해결되는 분야라는 이유로 분자진단 기술의 연구 투자가 미진했었다. 이 기술은 PCR 검사의 한계를 극복했다는 점에서 주목받고 있다. PCR 검사는 피검사자의 DNA를 증폭시키는 과정이 필요하다. DNA를 증폭시키려면, 바이러스 RNA를 DNA로 만드는 ‘역전사’를 거쳐야 한다. 역전사와 DNA 증폭이라는 두 번의 단계를 서로 다른 환경에서 거쳐야 한다.

 

★ 포스텍 연구팀의 기술은 RNA를 DNA로 바꾸는 역전사 과정을 생략한다. 그 대신 코로나19 바이러스의 RNA에만 붙는 분자, 피검사자의 검체와의 반응에 필요한 효소를 통해 ‘바이러스 RNA’가 있을 경우에만 반응해 형광색을 띠도록 설계했다. 실제 환자 샘플과 반응시켰을 때, 30분 만에 코로나19 바이러스를 검출하는 데 성공했다. 정확도는 PCR와 유사한 수준으로 나타났다. PCR처럼 표준 진단 체계에 포함될 정도의 상용화에 도달하려면, 정확도, 민감도에 대한 대규모 검증이 필요하다. 상용화되면, 코로나19를 비롯해 감염병 분자 진단 분야에서 기술 패러다임이 바뀔 것이다.

 

■ 포스텍, 30분 만에 코로나19 판정 진단법 개발 : 포항공대 (포스텍) 화학공학과 이정욱 교수. 박사과정 우창하. 정규열 교수. 장성호 박사 공동연구팀은 신속하게 코로나19 바이러스 RNA (리보 핵산) 서열을 검출 진단할 수 있는 'SENSR 기술'을 개발했다고 2020년 09월 20일 밝혔다. 이 기술은 30분 만에 감염 여부를 진단할 수 있고, 감염자 접촉을 최대한 줄일 수 있으며, 새로운 전염병이 발생하더라도 1주일 이내 진단 키트를 제조 가능하다. 현재, 코로나19 진단에 활용되는 유전자 증폭(PCR) 분자 진단법은 정확도가 높지만, 바이러스를 추출. 정제하는 복잡한 준비 과정을 거친다. 따라서 숙련된 전문가와 고가 장비가 필요하다. ★ 연구팀은 이런 불편을 줄이기 위해 코로나19 특정 RNA가 있는 경우에만 핵산 결합 반응을 일으켜 형광이 나오도록 설계했다. RNA는 유전자 정보를 매개하거나 유전자 발현 조절에 관여하는 핵산이다. 연구팀은 새로운 진단법을 이용하면 준비과정 없이 샘플만으로 바이러스 여부를 검출할 수 있고. 시간이 짧으면서도 민감도가 높아 실시간으로 현재 쓰이는 PCR 진단법 수준 정확성이 있다고 밝혔다. 실제로 환자 샘플에서 30여분 만에 코로나19 원인인 SARS-CoV-2 바이러스 RNA를 검출했다. 이외에도 5가지 병원성 바이러스와 박테리아 RNA를 검출해 코로나19뿐 아니라 다양한 병원균 검출에 활용할 수 있음을 입증했다. 연구 결과는 최근 국제 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'을 통해 발표됐다. 이 기술은 RNA를 정확히 검출할 수 있는 기술로 환자 시료에서 별도 처리 없이도 감염 여부를 진단할 수 있는 빠르고 간단한 방법이다.

 

■ ‘크리스퍼 유전자 가위’로 5분 내 진단 기술도 등장 : 2020년 노벨 화학상을 안긴 ‘크리스퍼 유전자 가위’를 활용한 진단 기술도 코로나19 극복에 활용되고 있다. 노벨 화학상 수상자 중 한 명인 제니퍼 다우드나 교수 연구진은 2020년 노벨상 수상 직후, 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 5분 만에 코로나19 바이러스를 확인하는 진단 기술을 개발해 논문 사전 공개 사이트 ‘메드아카이브’에 공개했다. 크리스퍼 유전자 가위는 특정 DNA 염기를 찾아가 원하는 부위를 잘라내는 기술이다. 난치성 유전 질환 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 연구진은 코로나19 바이러스 RNA를 찾아가는 가이드 RNA에 형광 입자를 붙였다. 가이드 RNA가 바이러스 RNA와 결합할 경우, RNA 가닥을 효소로써 잘라낸다. 이때, 잘린 RNA 가닥에 레이저를 비춰 빛 발산 여부를 확인하면, 코로나19 바이러스 감염 여부를 확인할 수 있다. 연구진은 “코로나 환자 검체 5개를 모두 5분 만에 양성으로 판정했다”며 “유전자 증폭이나 고가의 장비가 필요 없어 획기적인 방식”이라고 밝혔다.