KR100681837B1 - 리얼타임 pcr을 이용한 리케챠 및 스크럽 티푸스그룹(stg)균의 검출방법 - Google Patents

리얼타임 pcr을 이용한 리케챠 및 스크럽 티푸스그룹(stg)균의 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리케챠 균과 스크럽 티푸스 그룹 균의 동시 검출방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 real-time PCR을 통하여 증폭한 groEL 유전자의 특이 단편의 Tm 값의 차이를 이용하는 것을 특징으로 하는 리케챠 균과 스크럽 티푸스 그룹 균의 동시 검출방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 종래의 어떠한 DNA base의 검사 방법보다 간편하고 민감도가 높고, 신속하게 리케챠 균과 오리엔티아 쭈쭈가무시균(Orientia tsutsugamushi)을 검출할 수 있다.
리케챠, 사이버 그린, Real-time PCR

Description

리얼타임 PCR을 이용한 리케챠 및 스크럽 티푸스 그룹(STG)균의 검출방법{Method for Detecting Rickettsia and scrub typhus group(STG) Using Real-time PCR}
도 1은 본 발명에 따른 사이버그린을 이용한 real-time PCR을 수행 한 결과를 나타낸 사진으로, R. prowazekii Breinl, R. conorii Indian Tick Typhus 및 O. tsutsugamushi Kato에 대해 real-time PCR을 한 후 Tm calling 분석을 한 결과를 나타낸 사진이다.
도 2는 외국 표준 균주와 국내 분리 균주의 사이버그린을 이용한 real-time PCR을 수행한 결과를 나타낸 사진이다.
도 3은 사이버 그린을 이용한 real-time PCR의 민감도 측정을 나타낸 사진이다.
본 발명은 리케챠 균과 스크럽 티푸스 그룹 균의 동시 검출방법에 관한 것으 로, 더욱 자세하게는 real-time PCR을 통하여 증폭한 groEL 유전자의 특이 단편의 Tm 값의 차이를 이용하는 것을 특징으로 하는 리케챠 균과 스크럽 티푸스 그룹 균의 동시 검출방법에 관한 것이다.
리케챠는 크게 발진티푸스(epidemic typus)를 일으키는 R. prowazekii, 발진열(murine typus)을 일으키는 R. typhi가 포함된 Typhus Group (TG), 본 발명자에 의해 처음 밝혀진 약 20개의 균종이 포함된 Spotted Fever Group(SFG), 그리고 쭈쭈가무시병을 일으키는 O. tsutsugamushi가 포함된 스크럽 티푸스 그룹 균(Scrub Typhus Group:STG)의 세 가지 그룹으로 나누어진다.
한편, 소아에게 치명적인 뇌막염(miningitis)의 원인으로는 세균성, 바이러스성, 진균성 및 기생충 감염 등으로 나눌 수 있는데, 최근에는 리케챠 (R. typhi, R. conori, R. japonica)에 의한 세균성 뇌막염이 전 세계적으로 계속 발생되고 있다. 그러나 우리나라에서는 이에 대한 인식부족으로 뇌막염의 증상이 발견될시 리케챠를 의심하여 진단하질 않고 있을 뿐 아니라 마땅히 쉽게 진단할 방법도 없는 실정이다.
그동안 O. tsutsugamushi (56-kDa antigen), TG 및 SFG 리케치아 (gltA, ompA)는 각각 종 특이적인 유전자를 이용하여 분류하고 있으며, 적절한 유전자를 찾지 못하여 O. tsutsugamushi와 TG와 SFG 리케챠를 동시에 분류할 수 있는 방법은 아직 개발되지 않고 있다. 또한, TG와 SFG 리케챠 동정에는 ompA gene의 염기서열을 이용하는 방법이 유용하게 사용되고 있으나, SFG 리케챠인 R. akari, R. australis, R. helvetica, R. bellii, R. canada와 TG 리케챠인 R. typhi, R. prowazekii의 동정에는 사용할 수 없어, 이 7 가지 균종은 gltA gene의 염기서열을 이용하는 방법을 보완해서 사용해야 하는 번거로움이 있었다.
또한, 뇌막염 (miningitis)의 진단은 뇌척수액, 혈청 또는 분변을 이용하여 진단해야하는데, 뇌척수액, 혈청 또는 분변에는 미량의 DNA만 존재하므로 매우 민감도가 높은 진단 방법을 사용하여야만 한다. 그러나, 아직 기존에 사용되고 있는 유전자(gltA, ompA)를 이용하여 민감도가 높은 방법들인 nested-PCR이나, real-time PCR을 이용한 방법이 개발되지 못하고 있어, 리케챠에 의한 뇌막염을 진단하기 위한 민감도가 높은 새로운 진단법의 개발이 시급한 실정이다.
이에 본 발명자들은 리케챠와 오리엔타 쭈쭈가무시(Orientia tsutsugamushi)의 새로운 검출 방법을 개발하고자 노력한 결과, groEL 유전자의 특이 염기서열을 토대로 착안된 프라이머를 이용하여 real-time PCR을 수행할 경우, 검체내의 DNA 종류에 따라 각기 다른 Tm값을 나타내는 것을 통하여 상기 균의 검출 및 분리가 가능함을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
결국 본 발명의 주된 목적은 real-time PCR법을 이용하여 리케챠와 스크럽 티푸스 그룹 균을 동시에 검출 할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 real-time PCR을 수행한 후, PCR 산물의 Tm 값을 확인하는 것을 특징으로 하는 인간을 제외한 동물에서 리케챠 및 스크럽 티푸스의 감염여부를 동시에 진단하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 리케챠 균 또는 스크럽 티푸스 그룹 균 감염 의심 샘플에서 추출한 DNA를 주형으로 하여, 서열번호 1 내지 서열번호 4의 프라이머 및 ds-DNA와 결합하는 형광표지인자를 첨가하여 리얼 타임(real-time) PCR을 수행하는 단계; 및 (b) 상기 PCR 산물의 Tm 값을 확인하여 리케챠 균 및/또는 스크럽 티푸스 그룹 균을 판독하는 단계 단계를 포함하는 리케챠 균과 스크럽 티푸스 그룹 균의 동시 검출방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는 Tm 값이 75~80℃인 경우에는 리케챠균으로, Tm 값이 84~86℃인 경우에는 스크럽 티푸스 그룹균으로 판독하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 서열번호 1 내지 서열번호 4의 프라이머를 포함하는 리케챠 균과 스크럽 티푸스 그룹 균 동시 검출용 프라이머 세트를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 프라이머 세트와 ds-DNA 특이적 형광표지인자를 첨가하여 리얼 타임(real-time) PCR을 수행한 후, PCR 산물의 Tm 값을 확인하는 것을 특징으로 하는 인간을 제외한 동물에서 리케챠 및 스크럽 티푸스의 감염여부를 동시에 진단하는 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 Tm 값이 75~80℃이인 경우에는 리케챠균 감염으로, Tm 값이 84~86℃인 경우에는 스크럽 티푸스 그룹균 감염으로 진단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형광표지인자는 사이버 그린I(SYBR GreenI)인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 PCR 산물의 Tm 값은 멜팅 커브 분석(melting curve analysis)을 통하여 확인하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 리케챠 균주는 Rickettsia sibirica, R. conorii, R. japonica, R. akari, R. typhi R. prowazekii로 구성되는 군에서 선택되고, 스크럽 티푸스 그룹 균은 O. tsutsugamushi인 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 검체 균주의 준비
본 실시예에서는 R. conorii Indian Tick Typhus (ATCC VR-597), R. prowazekii Breinl (ATCC VR-142), O. tsutsugamushi Kato (ATCC VR-609) 및 국내 분리 균주를 사용하였다.
실시예 2: Real-time PCR을 위한 프라이머의 디자인
SF1 프라이머(서열번호 1)는 R. rickettsiigroEL 유전자(GenBank Accession No. U96733)의 938-958영역을 포함하도록 디자인하였고, SR2 프라이머( 서열번호 2)는 상기 groEL 유전자의 1154-1133영역을 포함하도록 디자인하였으며, TF3 프라이머(서열번호 3)는 상기 groEL 유전자의 1047-1029영역을 포함하도록 디자인하였고, TR4 프라이머(서열번호 4)는 상기 groEL 유전자의 687-707영역을 포함하도록 디자인하였다.
실시예 3. Real-time PCR의 수행
상기 실시예 1에서 준비된 균주들에서 추출한 DNA를 주형으로 하고, 프라이머 SF1과 SR2 및 TF3과 TR4를 이용하여 Real-time PCR을 수행하였다.
SF1: 5'- GATAGAAGAAAAGCAATGATG -3' (서열번호 1)
SR2: 5'- CAGCTATTTGAGATTTAATTTG -3' (서열번호 2)
TF3: 5'- GTTCCTAACTTAGATGTATCAT -3' (서열번호 3)
TR4: 5'- ATATATCACAGTACTTTGCAAC -3' (서열번호 4)
각 프라이머 0.5uM과 주형 DNA 50ng, ds-DNA와 결합하는 형광표지인자인 10ㅧ LightCycler FastStart DNA Master SYBR GreenⅠ(Roche Diagnostics), 4mM MgCl2을 섞어 증류수로 최종부피를 20㎕로 맞춘 후 LightCycler system (Roche Diagnostics GmbH Mannheim, Germany)을 이용하여 real-time PCR을 수행하였다. 수행 조건은 95℃에서 10분간 최초 변성하였으며, 95℃에서 10초간 변성, 56℃에서 5초간 어닐링 및 72℃에서 20초간 신장의 사이클을 40사이클로 Acquisition 모드에서 단일 수행하였다. 이때 주형타겟의 ramp rate는 20℃/S로 한다. 멜팅 커브 분석(Melting curve analysis)은 1 사이클로 heating 95℃ 0초, cooling 65℃ 15초, heating 95℃ 0초에서 ramp rate 0.1℃/S로 유지하였다. 마지막으로 40℃ 30초에서 cooling하였다.
실시예 4. real-time PCR의 민감도 측정 및 결과
실시예 3의 real-time PCR의 민감도를 측정하기 위하여, PCR을 프라이머 RF (5'-GTTGAAGTT/AGTTAAAGG-3': 서열번호 5)와 RR (5'-TTTTTCTTTT/ATCATAATC-3': 서열번호 6)의 두개의 프라이머를 이용하여 Rickettsia typhi Wilmington 및 Orientia tsutsugamushi Boryong의 groEL 유전자 DNA를 각각 증폭하였다. 상기 각각의 프라이머 20pmol과 증류수, 주형 DNA 50ng을 섞어 최종 부피 20㎕로 맞춘 후, PCR mixture (AccuPower PCR PreMix, Bioneer, Korea)에 섞어, 94℃에서 5분간 첫 번째 변성시키고, 94℃에서 30초간 변성, 44℃에서 45초간 어닐링 및 72℃에서 45초간 신장의 사이클을 30회 수행하고, 최종적으로 72℃에서 5분간 신장하여 PCR을 수행하였다.
상기 PCR 산물 20㎕를 전기영동 한 후, QIAEX Ⅱ Gel Extraction Kit (QIAGEN, Hilden, Germany)을 이용하여 용출하였다. 상기 용출된 DNA를 pGEM-T 벡터에 라이게이션한 후 대장균 XL1-blue에 형질전환하였다. 형질 전환된 대장균 XL1-blue를 50㎕/ml의 엠피실린이 함유된 LB 평판배지에 도말 후 37℃에서 16시간 동안 배양하고, 엠피실린에 대해 내성이 있는 집락을 채취하여 플라스미드를 분리하였다. 분리된 플라스미드는 260nm에서 흡광도를 측정하여 copy 수를 계산하고 serial로 10X 희석하였다. 106-100의 플라스미드를 이용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 real-time PCR을 수행하였다.
실시예 5. SYBR Green을 이용한 real-time PCR의 수행 결과
실시예 3의 프라이머 조합과 사이버그린을 이용한 real-time PCR 수행 결과 리케챠 균과 Orientia tsutsugamushi균은 서로 다른 Tm 값을 보였다. 또한 국내 분리 균주들도 리케챠 균 및 Orientia tsutsugamushi균과 그룹을 잘 형성 하였다.
도 1은 본 발명에 따른 4개의 프라이머와 사이버그린을 이용하여 real-time PCR을 수행한 결과 Tm calling 분석을 통한 결과를 나타낸 사진이다. R. prowazekii Breinl (TG)의 Tm 값은 약 76℃, R. conorii Indian Tick Typhus (SFG)의 Tm 값은 약 78℃이고, O. tsutsugamushi Kato (STG)의 Tm 값은 약 85℃로 나타났으며, Tm 값의 차로 인하여 종의 판별이 가능하다는 것을 보여주고 있다.
도 2는 외국 표준 균주와 국내 분리 균주의 사이버그린을 이용한 real-time PCR을 수행한 결과를 나타낸 사진이다. 국내 분리 균주가 외국 표준 균주와 그룹을 잘 형성하고 있다.
도 3에서 A는 Rickettsia typhi Wilmington을 사이버 그린을 이용한 real-time PCR의 민감도 측정을 나타낸 사진이다. 106에서100의 플라스미드까지 잘 증폭 하는 것을 알 수 있다. B는 Orientia tsutsugamushi Boryong을 사이버 그린을 이용한 real-time PCR의 민감도 측정을 나타낸 사진이다. 106에서100의 플라스미드까지 잘 증폭하는 것을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
본 발명은 real-time PCR법을 이용하여 리케챠와 스크럽 티푸스 그룹 균을 동시에 검출 할 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있고, real-time PCR을 수행한 후, PCR 산물의 Tm 값을 확인하는 것을 특징으로 하는 인간을 제외한 동물에서 리케챠 및 스크럽 티푸스의 감염여부를 동시에 진단하는 방법을 제공하는 효과가 있다.
발명에 따르면, 종래의 어떠한 DNA base의 검사 방법보다 간편하고 민감도가 높고, 신속하게 리케챠 균과 오리엔티아 쭈쭈가무시균을 검출할 수 있다.
서열목록 전자파일 첨부

Claims (11)

  1. 하기의 단계를 포함하는 리케챠 균과 스크럽 티푸스 그룹 균의 동시 검출방법:
    (a) 리케챠 균 또는 스크럽 티푸스 그룹 균 감염 의심 샘플에서 추출한 DNA를 주형으로 하고, 서열번호 1 내지 서열번호 4의 프라이머 및 ds-DNA와 결합하는 형광표지인자 사이버 그린I(SYBR GreenI)을 첨가하여 리얼 타임(real-time) PCR을 수행하는 단계; 및
    (b) 상기 PCR 산물의 Tm 값을 멜팅 커브 분석(melting curve analysis)을 통하여 확인하여 Tm 값이 약 76℃ 인 경우는 Rickettsia prowazekii로 판독하고, Tm 값이 약 78℃ 인 경우는 Rickettsia conorii로 판독하고, Tm 값이 약 85℃ 인 경우는Orientia tsutsugamushi균으로 판독하는 단계.
  2. 삭제
  3. 삭제
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  11. 삭제
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