[지금은 과학] 기존 PCR 검사보다 더 빠른 진단기술 나온다

[아이뉴스24 정종오 기자] 기존의 RT-PCR 검사보다 더 빠른 진단기술이 나올 것으로 기대된다. 국내 연구팀이 신속 진단이 가능한 기술을 개발했다. 빠른 검사가 필요한 현장검사에 적용이 가능할 것으로 보인다.

카이스트(KAIST, 총장 이광형)는 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 나노 플라즈모닉 구조를 통해 빠른 열 순환과 실시간 정량 분석이 가능한 초고속 실시간 중합효소연쇄반응(PCR) 기술을 개발했다고 7일 발표했다.

나노 플라즈모닉 구조(Nanostructures for Plasmonic)는 빛의 파장보다 작은 크기의 금속 나노구조로 빛이 표면에 조사될 때 금속 표면과 유전체의 경계에서 빛과 전자가 상호작용을 한다. 바이오 물질의 검출이나 분자진단에 많이 응용된다.

최근 코로나19를 포함한 전염성이 높은 바이러스 확산을 방지하기 위해 신속하고 정확하게 바이러스를 검출하는 기술이 요구되고 있다. 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR)은 가장 표준화된 코로나19 진단법이다. 바이러스 내부의 유전물질인 RNA를 상보적 DNA로 역전사한 후 타깃 DNA를 증폭해 형광 프로브로 검출하는 방법이다.

기존 RT-PCR은 높은 민감도와 정확도를 갖췄는데 검출 시간이 길고 고가의 대형장비가 필요하다. 장비가 있는 장소로 검체를 운송한 후 진단하는 등 실시간 현장 대응의 한계가 존재한다.

연구팀이 개발한 `실시간 나노 플라즈모닉 PCR'은 백색 발광다이오드(LED)의 높은 광 흡수율을 갖는 나노 플라즈모닉 기판에 진공 설계된 미세 유체칩을 결합해 소량의 검체를 신속하게 증폭하고 정량적으로 분석해 바이러스를 단시간 내에 정확하게 검출할 수 있다. 이런 특징을 이용해 공공장소 등 환자 발생 장소에서 병원성 바이러스의 확산, 해외유입을 차단할 수 있을 것으로 기대된다.

나노 플라즈모닉 기판은 유리 나노 기둥 위 금 나노섬 구조로 가시광선 전 영역에서 높은 광 흡수율을 가지기 때문에 백색 LED의 빛을 열에너지로 치환해 빠르게 열을 발생시키고 내보낼 수 있다.

샘플 한 방울을 칩에 넣으면 진공이 액체를 마이크로 챔버로 잡아당겨 자동으로 3분 이내에 주입된다. PCR 과정 동안에 발생하는 미세 기포는 공기 투과성 벽을 통해 제거돼 PCR 효율을 높이는 원리다.

연구팀은 SARS-CoV-2 플라스미드 DNA를 사용해 해당 기술을 검증했다. 40싸이클(95~60도)을 5분 이내에 수행해 타깃 바이러스를 91%의 증폭 효율과 함께 정량적으로 검출했다. 이는 기존 실시간 PCR 시스템의 긴 소요 시간(약 1시간)보다 매우 빠르고 높은 증폭 효율을 보여 신속한 현장 진단에 적용되기 적합할 것으로 보인다.

정기훈 교수는 "실질적으로 현장에서 사용 가능한 초고속 분자진단법을 개발했다"며 "실시간 나노 플라즈모닉 PCR 기술은 현장에서 분자진단을 위한 차세대 유전자 증폭 플랫폼을 제공할 것이며 바이러스 확산 방지에 기여할 수 있을 것으로 예상한다"고 말했다.

강병훈 박사과정이 주도한 연구결과(논문명: Ultrafast and Real-time Nanoplasmonic On-Chip Polymerase Chain Reaction for Rapid and Quantitative Molecular Diagnostics)는 국제학술지 `에이씨에스 나노 (ACS Nano)' 5월 19일 자에 실렸다.

/세종=정종오 기자(ikokid@inews24.com)