KR100923048B1 - Nucleic Acid Chip for Obtaining Bind Profile of Single Strand Nucleic Acid and Unknown Biomolecule, Manufacturing Method Thereof, and Analysis Method of Unknown Biomolecule Using Nucleic Acid Chip - Google Patents

Nucleic Acid Chip for Obtaining Bind Profile of Single Strand Nucleic Acid and Unknown Biomolecule, Manufacturing Method Thereof, and Analysis Method of Unknown Biomolecule Using Nucleic Acid Chip Download PDF

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Abstract

본 발명은 미지의 생체분자와 단일가닥핵산의 결합 프로파일을 생성하기 위한 핵산칩, 핵산칩의 제조방법, 및 핵산칩을 이용한 미지의 생체분자 분석방법에 관한 것이다, 본 발명의 핵산칩은 생체시료에 포함된 미지 생체분자들의 생물학적 의미를 분석하는 것이 사용된다. 본 발명의 핵산칩은, 미지의 생체분자들이 포함된 생체시료와 무작위 염기서열을 가진 무작위 단일가닥핵산들을 반응시켜 상기 미지의 생체분자들과 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산들을 결정하는 단계, 및 결정된 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들 및/또는 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들로 구성된 포착 단일가닥핵산을 합성하여 상기 포착 단일가닥핵산을 기판에 고착하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다. The present invention relates to a nucleic acid chip for producing a binding profile of an unknown biomolecule and a single-stranded nucleic acid, a method for preparing a nucleic acid chip, and a method for analyzing an unknown biomolecule using the nucleic acid chip. Analyzing the biological meaning of unknown biomolecules included in The nucleic acid chip of the present invention comprises the steps of reacting a biological sample containing unknown biomolecules with a random single-stranded nucleic acid having a random sequence to determine biomolecule binding single-stranded nucleic acids that bind to the unknown biomolecules, and Synthesizing a capturing single-stranded nucleic acid consisting of the determined biomolecule-binding single-stranded nucleic acids and / or single-stranded nucleic acids having a nucleotide sequence complementary to the biomolecule-binding single-stranded nucleic acids to fix the capturing single-stranded nucleic acid to a substrate; It is prepared by a method comprising the steps.

Description

미지의 생체분자와 단일가닥핵산의 결합 프로파일을 생성하기 위한 핵산칩, 핵산칩의 제조방법, 및 핵산칩을 이용한 미지의 생체분자 분석방법{Nucleic Acid Chip for Obtaining Bind Profile of Single Strand Nucleic Acid and Unknown Biomolecule, Manufacturing Method Thereof, and Analysis Method of Unknown Biomolecule Using Nucleic Acid Chip}Nucleic acid chip for obtaining a binding profile of an unknown biomolecule and single-stranded nucleic acid, a method for preparing a nucleic acid chip, and an analysis method for an unknown biomolecule using the nucleic acid chip {Nucleic Acid Chip for Obtaining Bind Profile of Single Strand Nucleic Acid and Unknown Biomolecule, Manufacturing Method Thereof, and Analysis Method of Unknown Biomolecule Using Nucleic Acid Chip}

도1은 본 발명의 핵산칩의 제조방법에 관련된 생체분자결합 단일가닥핵산들을 결정하는 과정을 보여주는 개략도, 1 is a schematic view showing a process of determining the biomolecule binding single-stranded nucleic acids related to the method for producing a nucleic acid chip of the present invention,

도2는 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 미지의 생체분자들과 단일가닥핵산들의 결합 프로파일을 생성하는 과정을 보여주는 개략도, Figure 2 is a schematic diagram showing a process for generating a binding profile of unknown biomolecules and single-stranded nucleic acids using a nucleic acid chip according to the present invention,

도3은 본 발명에 따른 핵산칩을 적용하여 생성한 건강한 사람(A)과 안정성 협심증 심혈관환자(B) 혈청의 프로파일, Figure 3 is a profile of a healthy human (A) and stable angina cardiovascular patient (B) serum generated by applying the nucleic acid chip according to the present invention,

도4는 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 환자의 혈청시료로부터 생산된 프로파일을 질환군별로 데이터베이스를 구축하는 과정의 순서를 보여주는 개략도, Figure 4 is a schematic diagram showing the sequence of the process of building a database for each disease group the profile produced from the serum sample of the patient using the nucleic acid chip according to the present invention,

도5는 본 발명에 따른 핵산칩으로 생성된 인간혈청단백질 프로파일의 데이터베이스 및 인공신경망 알고리즘을 이용한 프로그램으로 질병을 진단하는 과정을 보여주는 도면, 5 is a diagram showing a process of diagnosing a disease by a program using a database of a human serum protein profile generated by a nucleic acid chip and an artificial neural network algorithm according to the present invention;

도6은 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 생성한 인간혈청단백질 프로파일의 데이터베이스 및 인공신경망 알고리즘을 이용한 프로그램으로 심혈관질환을 진단한 결과를 보여주는 도면, 6 is a diagram showing a result of diagnosing cardiovascular disease by a program using a database of a human serum protein profile generated using a nucleic acid chip according to the present invention and an artificial neural network algorithm;

도7은 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 생성한 인간혈청단백질 프로파일의 데이터베이스 및 인공신경망 알고리즘을 이용한 프로그램으로 간암을 진단한 결과를 보여주는 도면, 7 is a diagram showing a result of diagnosing liver cancer by a program using a database of a human serum protein profile generated using a nucleic acid chip according to the present invention and an artificial neural network algorithm;

도8은 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 생성된 인간혈청단백질 프로파일의 데이터베이스 및 인공신경망 알고리즘을 이용한 프로그램으로, 간암의 전이를 진단한 결과를 보여주는 도면, 8 is a program using a database of human serum protein profiles generated using a nucleic acid chip according to the present invention and an artificial neural network algorithm, showing results of diagnosing metastasis of liver cancer,

도9는 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 생성한 인간혈청단백질 프로파일의 데이터베이스에서 심근경색환자의 혈청에 특이적으로 존재하는 단백질의 아미노산서열을 결정하는 과정의 순서를 보여주는 도면, 9 is a view showing a procedure of determining the amino acid sequence of a protein specifically present in the serum of myocardial infarction patients in the database of human serum protein profiles generated using the nucleic acid chip according to the present invention;

도10은 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 생성한 인간혈청단백질 프로파일의 데이터베이스에서 심근경색환자의 혈청에 특이적으로 존재하는 단백질의 아미노산서열을 결정한 도면, 10 is a view of determining the amino acid sequence of a protein specifically present in the serum of myocardial infarction patients in the database of human serum protein profiles generated using the nucleic acid chip according to the present invention,

도11은 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 생성한 폐암세포주 NCI-H1299의 표면생체분자 프로파일을 생산 및 분석하여 확보한 단일가닥핵산이 폐암세포주에 결합한 결과를 보여주는 도면, 11 is a view showing the result of binding the single-stranded nucleic acid obtained by producing and analyzing the surface biomolecule profile of the lung cancer cell line NCI-H1299 produced using the nucleic acid chip according to the present invention,

도12는 본 발명에 따른 핵산칩을 이용한 대장균 KCTC12006 및 살모넬라균(Salmonella typhimurium ATCC13311)의 표면생체분자 프로파일을 생산 및 분석하여 확보한 생체분자결합 단일가닥핵산의 특이성을 보여주는 도면, 12 is a view showing the specificity of the biomolecule-bound single-stranded nucleic acid obtained by producing and analyzing the surface biomolecular profile of E. coli KCTC12006 and Salmonella typhimurium ATCC13311 using the nucleic acid chip according to the present invention;

도13은 본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 선정된, 대장균에 특이적으로 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산과 나노금입자를 이용하여 대장균이 오염된 음식물에서 오염정도를 측정한 결과를 보여주는 도면. Figure 13 shows the results of measuring the degree of contamination in foods contaminated with E. coli using biomolecule binding single-stranded nucleic acid and nano gold particles that specifically bind to E. coli, selected using a nucleic acid chip according to the present invention. .

(기술분야)(Technology)

본 발명은 미지의 생체분자와 단일가닥핵산의 결합 프로파일을 생성하기 위한 핵산칩, 핵산칩의 제조방법, 및 핵산칩을 이용한 미지의 생체분자 분석방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nucleic acid chip for producing a binding profile of an unknown biomolecule and single-stranded nucleic acid, a method for producing a nucleic acid chip, and an unknown biomolecule analysis method using the nucleic acid chip.

(배경기술)(Background)

생체시료를 구성하는 미지의 생체분자를 포함한 수많은 생체분자(단백질 및 탄소화물)들의 프로파일을 생산하는 기술은, 물리학, 생화학 및 생물정보학의 발달로 널리 개발되었으나, 기존 방법이나 기기의 사용 및 유지비, 용이성, 정확도, 민감도, 검사시간 및 과정의 자동화 등에 대한 문제로 효율적인 새로운 방법 및 기기에 대한 필요성이 매우 높다. The technology for producing profiles of numerous biomolecules (proteins and carbohydrates), including the unknown biomolecules that make up biological samples, has been widely developed due to the development of physics, biochemistry, and bioinformatics. The need for efficient new methods and instruments is very high due to problems such as accuracy, sensitivity, test time and process automation.

미지의 생체분자를 포함하는 생체시료에서 이들 생체분자들의 양적인 상태를 종합화한 정보, 즉 생체분자의 프로파일(profile)을 생산하는 방법은, 그 자체가 궁극적인 목표가 아니라 목표를 이루기 위한 하나의 수단이지만, 미생물, 세포, 조직 등에 유용하게 사용할 수 있어 의학, 수의학, 환경공학, 식품공학, 농업 등에 광범위하게 응용되고 있다. In biosamples containing unknown biomolecules, information that synthesizes the quantitative state of these biomolecules, or profiles of biomolecules, is not an ultimate goal but a means to achieve that goal. It can be usefully used in microorganisms, cells, tissues, etc., and is widely applied to medicine, veterinary medicine, environmental engineering, food engineering, and agriculture.

핵산은 뉴클레오티드가 공유결합으로 연결된 선형적인 다합체이며 뉴클레오티드는 작은 유기화합물로 인산, 당 및 퓨린(아데닌 혹은 구아닌) 혹은 피리미딘 (사이토신, 티미딘, 우라실)이다. 핵산은 단일가닥 혹은 이중가닥으로 존재하고, 단일가닥핵산은 특정한 물리적인 조건에서 뉴클레오티드들 간의 수소결합 및 상호작용에 의해 결합하여 독특한 입체구조를 형성하는데, 이런 입체구조는 단일가닥의 염기서열에 의해 결정된다. Nucleic acids are linear multimers in which nucleotides are covalently linked, and nucleotides are small organic compounds that are phosphoric acid, sugars and purines (adenine or guanine) or pyrimidines (cytosine, thymidine, uracil). Nucleic acids exist in single- or double-stranded, single-stranded nucleic acids bind by hydrogen bonds and interactions between nucleotides under specific physical conditions to form unique conformations, which are formed by single-stranded nucleotide sequences. Is determined.

일반적으로 데옥시리보핵산(DNA) 및 리보핵산(RNA)과 같은 핵산들은 세포구조 및 효소 등의 활성을 가진 단백질들을 발현하기 위한 정보의 저장체이나, 1982년에 RNA가 특정한 구조를 형성함으로써 효소적 활성도 갖고 있다는 보고가 나온 후로 핵산이 구조적인 특성과 그에 따른 특정 기능에 대한 많은 보고가 있다. In general, nucleic acids such as deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) are stores of information for expressing proteins with cell structure and enzyme activity, but in 1982, RNA forms a specific structure. Since the publication of its activity, there have been many reports on the structural properties of a nucleic acid and its specific function.

핵산은 4개의 염기의 반복으로 구성되어 높은 다양성을 유지하여 많은 입체구조를 형성하며 이런 입체구조는 특정물질과 상호작용을 하여 복합체를 형성하여 안정화된다. Nucleic acid is composed of four base repeats to maintain a high diversity to form a large number of three-dimensional structure, these three-dimensional structure is stabilized by interacting with a specific material to form a complex.

핵산이 단백질을 포함하는 분자에 대하여 하나의 리간드(ligand)로서 작용할 수 있는 바, 다양한 염기순서로 배열된 단일가닥핵산이 조합된 라이브러리로부터 일정한 선별과정과 염기서열결정을 통하여 높은 결합력과 특이성으로 특정물질과 결합하는 핵산들이 선별되고 있다. Nucleic acid can act as a ligand to a molecule containing a protein, which is characterized by high binding ability and specificity through a constant screening process and sequencing from a library of single stranded nucleic acids arranged in various nucleotide sequences. Nucleic acids that bind to substances are being selected.

특정물질과 결합하는 핵산을 선별하는 방법은 셀렉스(SELEX, Systematic Evolution of Ligand by Exponential enrichment)라 하고, 선별된 핵산을 소위 압타머(aptamer)라 한다(Tuerk C. and Gold L.; Science, 249, pp505-510, 1990). The method of screening nucleic acids for binding to a specific substance is called SELEX (Systematic Evolution of Ligand by Exponential enrichment) and the selected nucleic acid is called aptamer (Tuerk C. and Gold L .; Science , 249). , pp 505-510, 1990).

이런 SELEX를 통하여 자연 상태에서 핵산과 결합할 수 있는 단백질이나 핵산과 결합하고 있지 않은 단백질을 비롯한 여러 생체분자와 매우 높은 친화력으로 결 합할 수 있는 핵산들(압타머들)이 선별되고 있다. Through such SELEX, nucleic acids (aptamers) that can bind with various biomolecules with very high affinity, including proteins that can bind nucleic acids in nature or proteins that do not bind nucleic acids, are selected.

그러나, 기존의 SELEX를 통한 핵산선별방법은 특정물질(예, 단백질)에 특이적으로 결합하는 핵산을 선별하기에 앞서, 우선적으로 해당 단백질(특정물질)을 대량으로 생산하고 정제한 다음에, 생산된 단백질에 단일가닥핵산 라이브러리를 반응시키고 선택과 증폭을 반복하여 결합력이 강력한 핵산(압타머)을 선정하는 방법으로서, 핵산을 선별하기 위해 우선 특정물질을 확보하는 것이 필수적이었다. 따라서 종래의 SELEX를 통한 핵산 선별방법은, 생체시료에 포함된 수많은 미지의 생체분자들 집단에 의미를 가지는 집단으로서의 핵산들을 선별하고 이용하는 것에 관한 기술 사상은 전혀 인식하고 있지 아니하였다. However, the existing nucleic acid selection method through SELEX prior to the selection of nucleic acid that specifically binds to a specific substance (e.g. protein), first to produce and purify the protein (specific substance) in large quantities, and then to produce As a method of selecting a nucleic acid (aptamer) having a high binding capacity by reacting a single-stranded nucleic acid library with repeated proteins and repeating selection and amplification, it was necessary to first acquire a specific substance to select nucleic acids. Therefore, the conventional method for screening nucleic acids through SELEX has not recognized any technical idea of selecting and using nucleic acids as populations having meanings for a large number of unknown biomolecule populations included in biological samples.

생체시료인 조직, 세포덩어리, 세포 및 미생물 등을 구성하는 미지분자를 포함한 생체분자들의 프로파일은, 물리, 화학적인 성질을 이용하여 여러 가지 방법으로 만들어지고 있으며, 일반적으로 생체분자의 분자량 혹은 pI 값 등을 이용하여 전기영동을 하여 생체시료에서 생체분자의 양적인 상태인 생체분자의 프로파일을 확인하고 있다. The profiles of biomolecules, including micromolecules that constitute tissues, cell masses, cells, and microorganisms, which are biological samples, are made by various methods using physical and chemical properties, and in general, molecular weights or pI values of biomolecules. Electrophoresis is used to confirm the biomolecule profile, which is a quantitative state of the biomolecule in a biological sample.

또한 프로파일을 분석하여 유용한 생체분자를 결정하고 이를 분리한 후, MALDI-TOF(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization-Time Of Flight) 등으로 이들의 구성성분을 확인하는 방법 등이 수행되고 있다. 최근에는 SELDI-TOF-MS (Surface-enhanced laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry)에 의해 단백질 프로파일에 대한 많은 연구가 진행되고 있다(Adam et al., Cancer Research, 62, 3609-3614. 2002; Li et al., Clinical Chemistry, 48, 1296-1304. 2002; and Petricoin et al., The Lancet, 359,572-577. 2002).In addition, after analyzing the profile to determine useful biomolecules and isolate them, a method of identifying their components by using Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization-Time Of Flight (MALDI-TOF). Recently, many studies have been conducted on protein profiles by Surface-enhanced laser desorption / ionization time of flight mass spectrometry (SELDI-TOF-MS) (Adam et al ., Cancer Research, 62, 3609-3614. 2002; Li et al ., Clinical Chemistry, 48, 1296-1304. 2002; and Petricoin et al ., The Lancet, 359,572-577. 2002).

또한 최근에는 단백체에 대한 병렬고속분석(High Throughput Screening) 기법으로 단백질칩(Protein chip) 혹은 압타머칩(Aptamer chip)(Smith et al., Mol Cell Protomics, 11-18. 2003; and McCauley et al., Anal Biochem, 319(2), 244-250. 2003)이 개발되어 사용되고 있다. In recent years, high-throughput screening techniques for proteins include protein chips or aptamer chips (Smith et al ., Mol Cell Protomics, 11-18. 2003; and McCauley et al . , Anal Biochem, 319 (2), 244-250. 2003).

단백질칩은 항체의 배열 상태를 알고 있기 때문에 특정물질의 구분 및 정량에 대한 탐색 및 분석이 가능하다. 단백질칩의 제작 방법에는 항체를 마이크로어레이어(Microarrayer)를 이용하여 스폿팅(spotting)하여 고정하는 방법이 있다. 단백질칩 감지기술은 단백질칩이 하나의 칩으로 가능한 많은 정보를 제공하기 위해 좁은 면적에 고밀도로 여러 항체들이 집적되어 있는 상태에서 발생하는 매우 약한 신호를 감지할 수 있어야 한다. 또한 단백질에 대한 생체정보가 늘어남에 따라 그 집적도가 더욱 높아질 추세로 발달하고 있어 이를 정량적으로 빠르고 정확하게 검출하는 새로운 방법이 요구되고 있다. Since the protein chip knows the arrangement of the antibodies, it is possible to search and analyze the classification and quantification of specific substances. Protein chip manufacturing method is a method of fixing by spotting (spotting) the antibody using a microarrayer (Microarrayer). Protein chip detection technology needs to be able to detect very weak signals that occur when protein chips are packed with high density of antibodies in a small area to provide as much information as possible on a single chip. In addition, as the bioinformation on proteins increases, the degree of integration is increasing. Accordingly, a new method for detecting quantitatively and quickly and accurately is required.

현재까지 검출방법은 주로 레이저 유발 형광법(laser induced fluorescence)이 많이 쓰이고 있으며 전기화학적 검출 방법 등이 개발되고 있다. 상기와 같이 다양한 과정을 통해 단백질칩을 이용한 생체시료에서특정 단백질들의 프로파일을 생산 및 분석하는 방법들이 개발되어 있지만 고가의 기기 및 시약을 사용하고 있으며 복잡한 과정을 수행해야 하는 등의 문제가 있으며 또한 항체를 제작할 수 있는 분자에 대해서만 제작이 가능한 한계가 있다. Until now, the detection method is mainly used laser induced fluorescence (laser induced fluorescence) and the electrochemical detection method has been developed. As described above, methods for producing and analyzing profiles of specific proteins in biological samples using protein chips have been developed, but there are problems such as using expensive instruments and reagents and performing complicated processes. There is a limit that can be produced only for the molecules that can be produced.

압타머칩은 단백질칩에 항체를 사용하는 것 대신 압타머(핵산)를 사용하는 것이 상이하고 이외 다른 요소들은 매우 유사하다. The aptamer chip is different from using an aptamer (nucleic acid) instead of an antibody in a protein chip, and the other elements are very similar.

상기와 같이 단백질칩 및 압타머칩을 이용한 생체시료에서 생체분자의 양적인 상태 즉, 프로파일을 생산하는 방법들이 개발되어 있지만, 고가의 기기 및 시약을 사용하고 있으며 복잡한 과정을 수행해야 하는 등의 문제가 있다. 특히 지금까지의 단백질칩이나 압타머칩은 항체 혹은 압타머를 제작할 수 있는 이미 알려진 단백질에 대해서만 제한적으로 제작이 가능한 한계가 있다. As described above, methods for producing a quantitative state of a biomolecule, that is, a profile, in a biological sample using a protein chip and an aptamer chip have been developed, but there are problems such as using expensive instruments and reagents and performing a complicated process. . In particular, until now, the protein chip or aptamer chip has a limit that can be produced only limited to the known protein that can produce antibodies or aptamers.

생체시료는 수백만 개의 단백질로 구성되어 있다고 알려지고 있으나, 현재 알려진 단백질의 수는 수 만개에 불과한 실정이므로, 생체시료에서 미지의 단백질들과 같은 미지의 생체분자의 양적상태, 즉 프로파일을 생산하는 기술의 필요성은 매우 높다.Biosamples are known to be composed of millions of proteins, but the number of known proteins is currently only tens of thousands, so technology for producing quantitative states, or profiles, of unknown biomolecules such as unknown proteins in biosamples. The need is very high.

생체시료의 생체분자를 총체적으로 분석하는 연구는, 의학적으로 질병에 관련된 생체분자의 프로파일을 분석함으로써, 질병을 진단할 수 있는 생체분자, 치료성적을 분석할 수 있는 생체분자, 질병 발병 및 진행에 중요한 역할을 하는 생체분자, 질병에 대한 감수성 관련된 생체분자, 및 신약개발의 표적분자를 구명하는 것에 사용할 있을 것이다. The study of analyzing biomolecules in biosamples collectively includes biomolecules that can diagnose diseases, biomolecules that can be used to diagnose diseases, biomolecules that can analyze therapeutic effects, disease development and progression. It may be used to identify biomolecules that play an important role, susceptibility-related biomolecules, and target molecules for drug development.

본 발명의 목적은, 생체시료에 포함된 미지의 생체분자들과 단일가닥핵산들의 결합 프로필을 생성할 수 있는 핵산칩을 제공함으로써, 핵산칩을 이용하여 생성한 결합 프로필로부터 미지의 생체분자들이 관련된 질병 정보를 포함한 각종 생물학적 의미를 분석할 수 있도록 하고자 하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nucleic acid chip capable of generating a binding profile of an unknown biomolecule and single-stranded nucleic acids contained in a biological sample, whereby the unknown biomolecule is associated from the binding profile generated using the nucleic acid chip. It is to be able to analyze various biological meanings including disease information.

본 발명에 따라, 단일가닥핵산들과 미지 생체분자들의 결합 프로파일을 생성하는 것에 사용되는 핵산칩과 그 제조방법, 및 핵산칩을 이용한 미지의 생체분자 분석방법이 제공되며, 본 발명에 따른 핵산칩은 생체시료에 포함된 미지 생체분자들의 생물학적 의미를 분석하기 위해 사용된다. According to the present invention, there is provided a nucleic acid chip used to generate a binding profile between single-stranded nucleic acids and unknown biomolecules, a method for producing the same, and a method for analyzing an unknown biomolecule using the nucleic acid chip, the nucleic acid chip according to the present invention. Is used to analyze the biological meaning of the unknown biomolecules included in the biological sample.

본 발명에 따른 핵산칩의 제조방법은, 미지의 생체분자들이 포함된 생체시료와 무작위 염기서열을 가진 무작위 단일가닥핵산들을 반응시켜 상기 미지의 생체분자들과 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산들을 결정하는 제1 단계, 및 결정된 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들 및/또는 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들로 구성된 포착 단일가닥핵산을 합성하여 기판에 고착하는 제2 단계를 포함한다. The method for preparing a nucleic acid chip according to the present invention determines a biomolecule-binding single-stranded nucleic acid that binds the unknown biomolecules by reacting a biological sample containing unknown biomolecules with a random single-stranded nucleic acid having a random nucleotide sequence. The first step is to synthesize a single-stranded nucleic acid consisting of a single-stranded nucleic acid having a base sequence complementary to the determined biomolecule-binding single-stranded nucleic acids and / or the biomolecule-bound single-stranded nucleic acids to adhere to the substrate A second step is included.

본 발명에 따른 핵산칩은, 생체시료에 포함된 미지의 생체분자들과 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산들 및/또는 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들로 구성된 포착 단일가닥핵산들이 기판에 고착되어 있는 구성으로 되어 있다. The nucleic acid chip according to the present invention, biomolecule binding single-stranded nucleic acids that bind to unknown biomolecules contained in a biological sample and / or single-stranded nucleic acids having a base sequence complementary to the biomolecule-bound single-stranded nucleic acids Capture single-stranded nucleic acids consisting of two groups are fixed to the substrate.

본 발명에 따른 핵산칩을 이용한 미지의 생체분자 분석방법은, 상기 본 발명에 따른 핵산칩을 준비하는 단계; 상기 핵산칩의 상기 포착 단일가닥핵산들과 동일한 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들과 상기 생체시료의 상기 미지 생체분자들을 반응시켜 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체들을 형성하고 상기 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체들을 분리하는 단계; 분리된 상기 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체들로부터 상기 타깃단일가닥핵산들을 분리, 증폭 및 표지하는 단계; 표지된 상기 타깃 단일가닥핵산들을 상기 핵산칩의 상기 포착 단일가닥핵산들과 반응시켜 상기 표지를 통해 결합 프로파일을 획득하는 단계; 및 획득된 상기 프로파일과 이미 확보되어 있는 프로파일 데이터를 비교하여 상기 미지의 생체분자들의 생물학적 의미를 분석하는 단계; 를 포함한다. Unknown biomolecule analysis method using the nucleic acid chip according to the present invention, preparing a nucleic acid chip according to the present invention; Reacting the single-stranded nucleic acids having the same base sequence as the capture single-stranded nucleic acids of the nucleic acid chip and the unknown biomolecules of the biological sample to form a biomolecule-target single-stranded nucleic acid complexes and the biomolecule-target single strand Separating nucleic acid complexes; Separating, amplifying and labeling the target single stranded nucleic acids from the separated biomolecule-target single stranded nucleic acid complexes; Reacting the labeled single stranded nucleic acids with the capture single stranded nucleic acids of the nucleic acid chip to obtain a binding profile via the label; And analyzing the biological meaning of the unknown biomolecules by comparing the obtained profile with profile data already secured. It includes.

본 발명에 따른, 핵산칩 및 이를 이용한 미지의 생체분자 분석방법의 기본적인 원리는, 미지의 생체분자들에 결합하는 단일가닥핵산들에 상보적인 단일가닥핵산들(포착 단일가닥핵산들)을 핵산칩에 고착하고, 테스트 대상이 되는 미지의 생체분자들과 이에 결합되는 단일가닥핵산들을 반응시켜 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체들 형성한 후, 상기 복합체로부터 분리된 타깃 단일가닥핵산들과 핵산칩의 포착 단일가닥핵산들의 상보적인 결합의 프로필을 획득하여 그 특성을 분석함으로써, 결과적으로 미지의 생체분자들의 단일가닥핵산에 대한 결합 프로필 특성을 분석하는 것이므로, 핵산칩의 포착 단일가닥핵산들로서 미지의 생체분자들에 결합하는 단일가닥핵산들에 상보적으로 결합하는 단일가닥핵산들을 고착하면 되지만, 미지의 생체분자를 분석할 때, 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체들로부터 분리한 타깃 단일가닥핵산을 증폭하는 과정에서 미지의 생체분자에 결합하는 타깃 단일가닥핵산에 상보적인 단일가닥핵산들도 타깃 단일가닥핵산의 프로필 정보와 동일 유사한 정보를 내포한 상태로 생성되므로, 본 발명에 따른 핵산칩의 포착 단일가닥핵산으로서 미지의 생체분자들과 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산들을 사용하여도 동일한 목적을 달성할 수 있으며, 나아가서 생체분자결합 단일가닥핵산들과 생 체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들을 동시에 사용하여도 동일한 목적을 달성할 수 있다. According to the present invention, a basic principle of a nucleic acid chip and an unknown method for analyzing biomolecules using the same is that nucleic acid chips which contain single-stranded nucleic acids (captured single-stranded nucleic acids) complementary to the single-stranded nucleic acids that bind to unknown biomolecules. Adhere to and react the unknown biomolecules under test with the single-stranded nucleic acids bound thereto to form biomolecule-target single-stranded nucleic acid complexes, and then separate the target single-stranded nucleic acids and the nucleic acid chip from the complex. By acquiring and characterizing the complementary binding profile of the capturing single-stranded nucleic acids, the result is to analyze the binding profile characteristics of the unknown biomolecules to the single-stranded nucleic acid. You can fix single-stranded nucleic acids that complementarily bind to single-stranded nucleic acids that bind to molecules, but unknown biomolecules In the analysis, single-stranded nucleic acids complementary to target single-stranded nucleic acids that bind to unknown biomolecules in the process of amplifying the target single-stranded nucleic acids isolated from the biomolecule-target single-stranded nucleic acid complexes are also used. Since the information is generated in a state similar to that of the information, the same purpose can be achieved by using biomolecule-binding single-stranded nucleic acids that bind to unknown biomolecules as the capturing single-stranded nucleic acids of the nucleic acid chip according to the present invention. Furthermore, the same purpose can be achieved by simultaneously using biomolecule-linked single-stranded nucleic acids and single-stranded nucleic acids having base sequences complementary to biomolecule-linked single-stranded nucleic acids.

본 발명에 따른 핵산칩을 이용하여 미지의 생체분자를 분석하게 되면, 관련 프로파일 데이터들이 축적되고, 이로부터 미지의 생체분자의 생물학적 의미의 분석에 기여를 하는 특이적인 단일가닥핵산이 자연스럽게 밝혀지게 되며, 이로써 미지의 생체분자를 분석하는 것에 의미를 가지는 단일가닥핵산들을 발굴할 수 있게 된다. When the unknown biomolecule is analyzed using the nucleic acid chip according to the present invention, relevant profile data are accumulated, and specific single-stranded nucleic acids that contribute to the analysis of the biological meaning of the unknown biomolecule are naturally revealed. This allows the discovery of single-stranded nucleic acids that have meaning for analyzing unknown biomolecules.

본 발명에 따른 핵산칩이 적용될 수 있는 상기 생체시료로서는, 세균, 진균류, 바이러스, 세포주, 조직 등이 포함되며, 본 발명에 따른 핵산칩에 의해 그 생물학적 의미가 분석될 수 있는 생체분자로서는 단백질, 탄수화물, 지질, 다당체, 당단백, 호르몬, 수용체, 항원, 항체 및 효소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 생체분자가 포함된다. The biological sample to which the nucleic acid chip according to the present invention can be applied includes bacteria, fungi, viruses, cell lines, tissues, and the like. The biomolecules whose biological meaning can be analyzed by the nucleic acid chip according to the present invention include proteins, At least one biomolecule selected from the group consisting of carbohydrates, lipids, polysaccharides, glycoproteins, hormones, receptors, antigens, antibodies and enzymes.

본 발명에 따른 핵산칩의 제조방법의 상기 제 1단계는, 미지의 생체분자들이 포함된 생체시료와, 무작위 염기서열을 가진 단일가닥핵산들(이하, '무작위 단일가닥핵산들'이라 한다)을 반응시켜 미지의 생체분자들과 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산들(이하, '생체분자결합 단일가닥핵산들'이라 한다)을 결정하는 단계이다. The first step of the method for producing a nucleic acid chip according to the present invention comprises a biological sample containing unknown biomolecules and single-stranded nucleic acids having a random sequence (hereinafter, referred to as 'random single-stranded nucleic acids'). Reacting to determine biomolecule binding single-stranded nucleic acids (hereinafter referred to as 'biomolecule binding single-stranded nucleic acids') that bind to unknown biomolecules.

바람직하게, 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들을 결정하는 단계는, 상기 생체시료의 상기 미지의 생체분자들에 상기 무작위 단일가닥핵산들을 반응시켜 생체분자-단일가닥핵산 복합체들을 제조하는 단계; 상기 생체분자-단일가닥핵산 복합체들을 세척하고, 상기 생체분자들과 상기 단일가닥핵산들의 결합력의 크기에 기초하 여 일정 결합력 이상의 상기 생체분자-단일가닥핵산 복합체들을 선택하는 단계; 선택된 상기 복합체들로부터 상기 단일가닥핵산들을 분리하여 증폭하는 단계; 및 상기 증폭된 상기 단일가닥핵산들을 클로닝 벡터에 삽입하여 단일클론을 확보하여 상기 단일가닥핵산들의 염기서열을 결정함으로써 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들을 결정하는 단계; 를 포함한다. Preferably, the determining of the biomolecule binding single-stranded nucleic acids comprises the steps of: reacting the random single-stranded nucleic acids with the unknown biomolecules of the biological sample to prepare biomolecule-single-nucleic acid complexes; Washing the biomolecule-single-nucleic acid complexes and selecting the biomolecule-single-nucleic acid complexes with a certain binding force or more based on the magnitude of the binding force between the biomolecules and the single-stranded nucleic acids; Separating and amplifying the single-stranded nucleic acids from the selected complexes; And determining the biomolecule binding single-stranded nucleic acids by inserting the amplified single-stranded nucleic acids into a cloning vector to obtain a single clone to determine the nucleotide sequence of the single-stranded nucleic acids. It includes.

상기 생체분자-단일가닥핵산 복합체들의 선택 및 증폭은 반복적으로 다수회 실행할 수 있으나, 미지의 생체분자를 포함하는 생체시료는 수많은 생체분자로 구성되어 있고 이들의 양적인 차이가 매우 다양하므로, 미지의 생체분자에 결합하는 단일가닥핵산들의 선택과 증폭을 반복적으로 수행하는 환형적인 방법보다는 선택과 증폭을 일회 수행하고 세척과정을 강화하는 선형적인 방법으로 제작하는 것이 더 바람직할 수 있다. The selection and amplification of the biomolecule-single-nucleic acid complexes may be repeatedly performed a plurality of times, but the biological sample including the unknown biomolecule is composed of numerous biomolecules and their quantitative differences are very diverse. It may be more preferable to manufacture a linear method that performs one-time selection and amplification and enhances the washing process, rather than a cyclic method of repeatedly selecting and amplifying single-stranded nucleic acids that bind to a molecule.

상기 무작위 염기서열을 가지는 무작위 단일가닥핵산들은, 아래와 같은 무작위의 염기서열을 가진 단일가닥 DNA 올리고뉴클레오티드를 이용하여 이중가닥의 DNA를 제조한 후, 생체외 전사(in vitro transcription)를 통하여 RNA 무작위 단일가닥핵산으로 제조할 수 있다. Random single-stranded nucleic acids having the random nucleotide sequence, using a single-stranded DNA oligonucleotide having a random sequence as follows to prepare a double-stranded DNA, RNA random single through in vitro transcription ( in vitro transcription) It can be prepared with stranded nucleic acid.

5'-GGGAGAGCGGAAGCGTGCTGGGCC N40 CATAACCCAGAGGTCGATGGATCCCCCC-3'(여기에서 밑줄 친 염기배열은 핵산 라이브러리의 고정된 부위이고, N40은 각 위치에 A, G, T, C등의 염기들이 같은 농도로 존재함을 의미한다.) 5'- GGGAGAGCGGAAGCGTGCTGGGCC N 40 CATAACCCAGAGGTCGATGGATCCCCCC -3 '(where the underlined base sequence is a fixed site of the nucleic acid library, N 40 means that there are equal concentrations of A, G, T, C, etc. at each position)

PCR(Polymerase Chain Reaction)에 이용되는 FW 프라이머(5'-GGGGGA ATTCTAATACGACTCACTATAGGGAGAGCGGAAGCGTGCTGGG- 3': 서열번호 1)는 위의 염기배열의 밑줄 친 염기들의 5'말단과 염기결합을 할 수 있고 박테리오파지 T7의 RNA 폴리머아제를 위한 프로모터 염기서열을 포함하고 있다. FW primer (5'-GGGGGA ATTCTAATACGACTCACTATAGGGAGAGCGGAAGCGTGCTGGG-3 ': SEQ ID NO: 1) used for PCR (Polymerase Chain Reaction) is capable of base binding with the 5' end of the underlined bases of the above nucleotide sequence and the RNA polymer of bacteriophage T7. It contains a promoter sequence for an aze.

PCR의 RE 프라이머(5'-GGGGGGATCCATCGACCTCTGGGTTATG-3': 서열번호 2)는 위의 염기배열의 밑줄친 염기들의 3'말단과 염기결합을 할 수 있다. The RE primer of PCR (5'-GGGGGGATCCATCGACCTCTGGGTTATG-3 ': SEQ ID NO: 2) can base bond with the 3' end of the underlined bases of the above base sequence.

바람직하게, 본 발명의 핵산칩 제조방법에서 생체분자결합 단일가닥핵산들은 2'-F-치환 피리미딘을 포함하는 RNA 단일가닥핵산들이며, 생체외 전사로 합성하고 정제하여 준비한다. Preferably, in the nucleic acid chip manufacturing method of the present invention, the biomolecule binding single-stranded nucleic acids are RNA single-stranded nucleic acids including 2'-F-substituted pyrimidine and are prepared by synthesis and purification by in vitro transcription.

합성된 무작위 단일가닥핵산들은 예를 들어 1015 염기서열/1㎖의 농도로 생체시료에 처리하여 생체분자와 30분간 반응시킬 수 있다. The synthesized random single-stranded nucleic acids can be reacted with the biomolecule for 30 minutes by treating the biological sample at a concentration of 10 15 nucleotide sequences / 1 ml, for example.

상기 생체분자결합 단일가닥핵산들은 RT-PCR(Reverse Transcription-PCR)하여 얻은 산물을 클로닝 벡터에 삽입하여 대장균 클론을 확보하고 그 염기서열을 결정할 수 있다. The biomolecule binding single-stranded nucleic acids can be inserted into the cloning vector product obtained by RT-PCR (Reverse Transcription-PCR) to secure E. coli clones and determine the base sequence.

이때 반응온도는 SELEX 수행온도보다 낮은 온도에서 수행하는 것이 이상적이며, 바람직하게는 20 내지 37℃의 온도에서 반응을 수행한다. At this time, the reaction temperature is ideally carried out at a temperature lower than the SELEX operating temperature, preferably, the reaction is carried out at a temperature of 20 to 37 ℃.

보편적으로 단백질 및 단일가닥핵산들을 과량으로 처리하여 생체분자와 결합하는 단일가닥핵산들의 비특이적인 결합을 방지하며, 바람직하게는 효모 tRNA(yeast tRNA), 살몬스펌 DNA(salmon sperm DNA) 또는 인간 태반 DNA(human placental DNA)를 사용할 수 있다. In general, excessive amounts of proteins and single-stranded nucleic acids are treated to prevent nonspecific binding of single-stranded nucleic acids that bind to biomolecules, preferably yeast tRNA, salmon sperm DNA or human placental DNA. (human placental DNA) can be used.

본 발명에 따른 핵산칩의 제조방법의 상기 제 2단계는, 제1 단계에서 결정된 생체분자결합 단일가닥핵산들 및/또는 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들로 구성된 포착 단일가닥핵산들을 합성하여, 합성된 포착 단일가닥핵산들을 기판 위에 고착시켜 본 발명의 핵산칩을 제작하는 단계이다. The second step of the method for producing a nucleic acid chip according to the present invention, the single-stranded nucleic acids having a base sequence complementary to the biomolecule-bound single-stranded nucleic acids and / or the biomolecule-bound single-stranded nucleic acids determined in the first step Synthesizing the single stranded nucleic acid consisting of the step of preparing a nucleic acid chip of the present invention by fixing the synthesized capturing single-stranded nucleic acids on a substrate.

포착 단일가닥핵산은 혼성화 정도에 매우 큰 영향을 미치는 핵심요소이므로, 그 염기서열 구성의 결정은 매우 중요하다. 본 발명의 핵산칩에 고착되는 각각의 포착 단일가닥핵산은 특징적인 염기로 구성되며, 포착 단일가닥핵산들과 타깃 단일가닥핵산들의 결합체들은 적절한 Tm 값을 유지해야 한다. 이에 따라 결합체의 혼성화 정도는 형광이 표지된 타깃 단일가닥핵산들에 의해 오염되지 않은 자신의 시그널 값을 유지할 수 있도록 해야 한다. Since capture single-stranded nucleic acid is a key factor that has a great influence on the degree of hybridization, the determination of its nucleotide sequence is very important. Each capture single-stranded nucleic acid fixed to the nucleic acid chip of the present invention is composed of a characteristic base, and the combination of the capture single-stranded nucleic acids and the target single-stranded nucleic acids must maintain an appropriate Tm value. Accordingly, the degree of hybridization of the conjugate should be able to maintain its signal value uncontaminated by the target single-stranded nucleic acids labeled with fluorescence.

따라서 포착 단일가닥핵산들의 염기서열은, 상기 제1 단계에서 무작위 단일가닥핵산들로부터 선별된 생체분자결합 단일가닥핵산들의 염기서열을 기초하여 결정된다. 바람직하게 포착 단일가닥핵산들은 내지 60bp의 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오티드의 단일가닥핵산들이다.Thus, the base sequence of the capture single stranded nucleic acids is determined based on the base sequence of the biomolecule binding single stranded nucleic acids selected from random single stranded nucleic acids in the first step. Preferably the capture single stranded nucleic acids are single stranded nucleic acids of an oligonucleotide having a nucleotide sequence of from 60 bp.

또한, 본 발명의 핵산칩의 제작방법에서의 기판은, 유리, 실리콘 등의 무기물이나 아크릴계나 PET(polyethylene terephtalate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리프로필렌(polypropylene) 등의 고분자 물질로 제작된 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유리로 제작된 슬라이드 글라스이다. 이때, 기판은 아민기 또는 알데히드기 등으로 코팅된 것을 사용할 수 있다. 예를 들어 GAPS(Gamma Amino Propyl Silane)이 코팅된 유리 슬라이드인 UltraGAPSTM Coated Slide(Corning 사)를 사용하여 상기 포착 단일가닥핵산들을 일정 규칙으로 배열 고착시켜 핵산칩을 제작한다. In addition, the substrate in the method for producing a nucleic acid chip of the present invention may be an inorganic material such as glass or silicon, or a polymer material such as acrylic or PET (polyethylene terephtalate), polycarbonate, polystyrene, polypropylene, or the like. It may be used to be made of, preferably a slide glass made of glass. In this case, the substrate may be one coated with an amine group or an aldehyde group. For example, a nucleic acid chip is prepared by arranging the capturing single-stranded nucleic acids on a regular basis using UltraGAPS ™ Coated Slide (Corning), a glass slide coated with Gamma Amino Propyl Silane (GAPS).

본 발명에 따른 핵산칩의 제조는, 마이크로어레이어 시스템(Microarrayer system)을 사용할 수 있고, 각각의 포착 단일가닥핵산을 완충액에 녹여 농도를 조절하고, 이때 어레이어 안의 습도는 70 내지 80%로 유지하여 스폿팅(spotting)을 수행한다. 스폿팅된 슬라이드들은 습도유지챔버(humidified chamber)에서 방치한 후, UV crosslinker 에서 굽는(baking)과정을 수행한다. In the preparation of the nucleic acid chip according to the present invention, a microarrayer system can be used, and each capture single-stranded nucleic acid is dissolved in a buffer to adjust the concentration, and the humidity in the arrayer is maintained at 70 to 80%. To perform spotting. The spotted slides are left in a humidified chamber and then baked in a UV crosslinker.

이와 같이 본 발명에 따른 핵산칩은, 관련 기술분야에 널리 알려진 방법으로 포착 단일가닥핵산들을 유리 슬라이드에 고정시킨 후, 슬라이드를 바로 원심 분리하여 건조시킨 다음, 사용 전까지 빛이 차단된 상태로 보관을 한다. As described above, the nucleic acid chip according to the present invention is fixed in a glass slide by capturing single-stranded nucleic acids by a method well known in the art, and then dried by directly centrifuging the slide, and then stored in a light-blocked state until use. do.

기존에 공지된 다양한 방법(M. schena; DNA microarray; a practical approach, Oxford, 1999)으로 포착 단일가닥핵산들이 규칙적으로 핵산칩을 제작할 수 있다. Capture single-stranded nucleic acids can be regularly produced nucleic acid chips by a variety of known methods (M. schena; DNA microarray; a practical approach, Oxford, 1999).

본 발명에 따른 핵산칩은, 동일 유사한 정도의 정밀도로 미지 생채분자의 생물학적 의미를 분석할 수만 있다면, 핵산칩에 고착하는 포착 단일가닥핵산의 수를 작게 하는 것이 핵산칩의 제작비용 및 분석의 효율성 측면에서 바람직하다. In the nucleic acid chip according to the present invention, as long as the biological meaning of the unknown biomolecule can be analyzed with the same degree of precision, reducing the number of capturing single-stranded nucleic acids that are adhered to the nucleic acid chip reduces the manufacturing cost and efficiency of the nucleic acid chip. It is preferable in terms of.

이와 같은 이유로, 미지 생체분자의 생물학적 의미 분석에 대한 각각의 포착 단일가닥핵산들의 기여도를 분석하고, 미지 생체분자의 생물학적 의미를 분석할 수 있는 범위 내에서, 분석된 기여도에 기초하여 포착 단일가닥핵산들을 선별함으로 써, 본 발명의 핵산칩에 고착하는 포착 단일가닥핵산들의 수를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. For this reason, the contribution of each capture single-stranded nucleic acid to the biological meaning analysis of the unknown biomolecules, and within the scope of analyzing the biological meaning of the unknown biomolecule, based on the analyzed contributions By selecting them, the method may further include reducing the number of capture single-stranded nucleic acids adhering to the nucleic acid chip of the present invention.

이하, 첨부도면과 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 핵산칩, 핵산칩의 제조방법, 및 핵산칩을 이용한 미지의 생체분자 분석방법을 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and examples will be described in detail a nucleic acid chip, a method for producing a nucleic acid chip, and an unknown biomolecule analysis method using the nucleic acid chip. The following embodiments are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예1. 인간혈청단백질에 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산의 제조Example 1 Preparation of Biomolecule Binding Single-stranded Nucleic Acid Binding to Human Serum Protein

도1에 도시된 바와 같이, 아래와 같은 무작위의 염기서열을 가진 단일가닥의 DNA 올리고뉴클레오티드를 이용하여 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 통해 이중가닥의 DNA를 제조한 후, 생체외 전사를 통하여 단일가닥의 RNA 라이브러리(무작위 단일가닥핵산들)를 제조하였다. As shown in Figure 1, using a single-stranded DNA oligonucleotide having a random nucleotide sequence as follows to prepare a double-stranded DNA through PCR (Polymerase Chain Reaction), the single-stranded through in vitro transcription RNA libraries (random single stranded nucleic acids) were prepared.

5'-GGGAGAGCGGAAGCGTGCTGGGCC N40 CATAACCCAGAGGTCGATGGATCCCCCC-3'(여기에서 밑줄 친 염기배열은 핵산 라이브러리의 고정된 부위이며 N40은 각 위치에 A, G, T, C등의 염기들이 같은 농도로 존재함을 의미한다.) 5'- GGGAGAGCGGAAGCGTGCTGGGCC N 40 CATAACCCAGAGGTCGATGGATCCCCCC -3 '(where the underlined base sequence is a fixed region of the nucleic acid library and N 40 means that there are equal concentrations of A, G, T, C, etc. at each position)

PCR에 이용되는 상기 서열번호 1의 FW 프라이머는 위의 염기배열의 밑줄 친 염기들의 5'말단과 염기결합을 할 수 있고 박테리오파지 T7의 RNA 폴리머아제를 위한 프로모터 염기서열을 포함하고 있다. The FW primer of SEQ ID NO: 1 used for PCR can base bond with the 5 'end of the underlined bases of the base sequence and includes a promoter base sequence for RNA polymerase of bacteriophage T7.

PCR에 이용되는 서열번호 2의 RE 프라이머는 위의 염기배열의 밑줄 친 염기 들의 3'말단과 염기결합을 할 수 있다. 그리고 FW와 RE 프라이머는 이후의 클로닝을 위해 각각 EcoRI과 BamHI등의 제한효소 절단 염기서열을 함유하고 있다. The RE primer of SEQ ID NO: 2 used for PCR can base bond with the 3 'end of the underlined bases of the above base sequence. FW and RE primers contain restriction enzyme cleavage sequences such as Eco RI and Bam HI, respectively, for subsequent cloning.

생체시료와 반응할 무작위 단일가닥핵산들은 2'-F-치환 피리미딘을 포함하는 RNA 라이브러리이며, DNA 핵산라이브러리 전사체 및 PCR 프라이머를 상기와 같이 설계 제작하여 PCR 및 생체외 전사 방법으로 준비하였다. Random single-stranded nucleic acids to be reacted with a biological sample is an RNA library containing 2'-F-substituted pyrimidine, DNA nucleic acid library transcript and PCR primers were designed and prepared as described above prepared by PCR and in vitro transcription method.

PCR은 1,000 pmoles 단일가닥핵산 전사체, 2,500 pmoles PCR의 프라이머 쌍(5P7)을 50 mM KCl, 10 mM Tris-Cl (pH 8.3), 3 mM MgCl2, 0.5 mM dNTP(dATP, dCTP, dGTP, 및 dTTP), 0.1 U Taq DNA Polymerase (Perkin-Elmer, Foster City Calif.)에서 PCR를 수행한 후 QIAquick-spin PCR 정제 칼럼(QIAGEN Inc., Chatsworth Calif.)으로 정제하였다. PCR was performed using a 1000 pmoles single-stranded nucleic acid transcript, primer pair (5P7) of 2,500 pmoles PCR with 50 mM KCl, 10 mM Tris-Cl (pH 8.3), 3 mM MgCl 2 , 0.5 mM dNTP (dATP, dCTP, dGTP, and dTTP), 0.1 U Taq DNA Polymerase (Perkin-Elmer, Foster City Calif.) and then purified by a QIAquick-spin PCR purification column (QIAGEN Inc., Chatsworth Calif.).

2'-F-치환 피리미딘을 포함하는 무작위 단일가닥핵산들은 생체외 전사로 합성하고 정제하여 준비하였다. 200 pmoles 이중가닥 DNA 전사체, 40 mM Tris-Cl (pH 8.0), 12 mM MgCl2, 5 mM DTT, 1 mM spermidine, 0.002% Triton X-100, 4% PEG 8000, 5 U T7 RNA Polymerase 그리고 1 mM ATP, GTP 및 3 mM 2'F-CTP, 2'F-UTP를 37℃에서 6 ~ 12시간 반응시킨 후, Bio-Spin 6 크로마토그래피 칼럼(Bio-Rad Laboratories, Hercules Calif.)으로 정제한 후, UV 스펙트로미터를 이용하여 정제된 핵산의 양 및 그 순수도를 검색하였다. Random single-stranded nucleic acids comprising 2′-F-substituted pyrimidines were prepared by synthesis and purification by in vitro transcription. 200 pmoles double stranded DNA transcript, 40 mM Tris-Cl (pH 8.0), 12 mM MgCl 2, 5 mM DTT, 1 mM spermidine, 0.002% Triton X-100, 4% PEG 8000, 5 U T7 RNA Polymerase and 1 mM After ATP, GTP and 3 mM 2'F-CTP, 2'F-UTP was reacted for 6 to 12 hours at 37 ℃, and purified by Bio-Spin 6 chromatography column (Bio-Rad Laboratories, Hercules Calif.) UV spectrometer was used to detect the amount of purified nucleic acid and its purity.

상기에서 합성된 무작위 단일가닥핵산들의 1015 염기서열/1㎖의 농도용액을 200 pmol/200㎕의 농도로 선택버퍼(50 mM Tris·Cl (pH 7.4), 5 mM KCl, 100 mM NaCl, 1 mM MgCl2, 0.1% NaN3)에서 80℃에서 10분간 가열한 후, 얼음에 10분간 방치하였다. 사용한 단일가닥핵산의 5배의 효모 tRNA(yeast tRNA, Life Technologies사) 및 0.2% BSA(bovine serum albumin, Merck사)을 첨가하여 반응용액을 준비하였다. The concentration solution of 10 15 nucleotide sequences / 1 ml of the random single-stranded nucleic acids synthesized above was selected at a concentration of 200 pmol / 200 μl (50 mM TrisCl (pH 7.4), 5 mM KCl, 100 mM NaCl, 1). mM MgCl 2 , 0.1% NaN 3 ) was heated at 80 ° C. for 10 minutes, and then left on ice for 10 minutes. A reaction solution was prepared by adding 5 times yeast tRNA (yeast tRNA, Life Technologies) and 0.2% BSA (bovine serum albumin, Merck) of the used single-stranded nucleic acid.

10 ㎕의 혈청시료를 90 ㎕의 PBS 용액을 첨가하고 나이트로셀룰로스 막 디스크(nitrocellulose membrane disc)를 넣어 30분간 흔들어 주면서 반응시켰다. 상기에서 준비된 RNA 단일가닥핵산들을 혈청시료가 부착된 디스크에 처리하여 30분간 반응시켰다. 10 μl of the serum sample was added to 90 μl of PBS solution and the reaction was shaken for 30 minutes with a nitrocellulose membrane disc. The RNA single-stranded nucleic acids prepared above were treated with a serum sample attached disk and reacted for 30 minutes.

인간혈청시료(생체분자)와 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산의 선정은, 일차적으로 인간혈청시료에 결합력을 보이는 단일가닥핵산들을 대상으로 하며, 반응 후 다양한 세척버퍼로 세척 과정을 반복하여 일회만의 선택과정으로 인간혈청단백질(생체분자)-단일가닥핵산 복합체들을 확보하였다. The selection of biomolecule-bound single-stranded nucleic acid binding to human serum samples (biomolecules) is primarily aimed at single-stranded nucleic acids that show binding to human serum samples, and the reaction is repeated only once with various washing buffers. Human serum protein (biomolecule) -single-stranded nucleic acid complexes were obtained by the selection process.

생체분자-단일가닥핵산 복합체들의 세척버퍼는 0 내지 1 x 세렉스버퍼 또는 0 내지 500 mM EDTA 용액을 사용하였다. 분리된 복합체를 RT-PCR을 수행하여 혈청단백질에 결합하는 RNA(생체분자결합 단일가닥핵산)를 지시하는 DNA 풀을 증폭 제작하였다. 이때, 상기의 선택과 증폭과정을 다수회 반복하여 생체분자결합 단일가닥핵산들을 제작할 수도 있다. As the washing buffer of the biomolecule-single-nucleic acid complexes, 0 to 1 × Serex buffer or 0 to 500 mM EDTA solution was used. RT-PCR was performed on the isolated complex to amplify a DNA pool indicative of RNA (biomolecule binding single-stranded nucleic acid) that binds to serum proteins. In this case, by repeating the selection and amplification process a number of times, biomolecule binding single-stranded nucleic acids may be prepared.

확보된 RT-PCR 산물인 DNA를 플라스미드에 클로닝하여 단일클론을 확보하는 과정으로, 생체분자결합-단일가닥핵산들의 제작을 완료하였다. 이들 생체분자에 결 합하는 단일가닥핵산들의 염기서열은 표준방법으로 플라스미드를 분리하여 수행하였다. Cloning the secured RT-PCR product DNA into a plasmid to obtain a monoclonal, the production of biomolecule binding-single-stranded nucleic acids was completed. The base sequence of single-stranded nucleic acids binding to these biomolecules was performed by separating the plasmids by standard methods.

생체분자의 프로파일을 생성하기 위한 본 발명에 따른 핵산칩에 사용할 포착 단일가닥핵산들의 염기서열은 인간혈청단백질(생체분자)과 결합하는 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들의 염기서열 및/또는 생체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적으로 결합하는 단일가닥핵산들의 염기서열이므로, 이를 위해 핵산의 이차구조를 모델링하는 MFOLD 프로그램을 사용하여 이차구조 및 구조체 자유에너지를 확인한 후, 가장 안정도가 높은 이차구조를 갖는 생체분자결합 단일가닥핵산을 선정하였다. The base sequence of the capture single-stranded nucleic acids to be used in the nucleic acid chip according to the present invention for generating a profile of the biomolecule is the base sequence and / or biomolecule binding of the biomolecule binding single-stranded nucleic acids binding to human serum proteins (biomolecules) Since the nucleotide sequences of the single stranded nucleic acids complementarily bind to the single stranded nucleic acids, the secondary structure and structure free energy are identified using the MFOLD program that models the secondary structure of the nucleic acid. Biomolecule binding single stranded nucleic acid was selected.

실시예2. 핵산칩의 제조Example 2. Manufacture of Nucleic Acid Chips

유리 슬라이드 표면에 고착시킬 포착 단일가닥핵산으로서, 실시예 1에서 선정된 염기서열을 가지는 3,000여개의 생체분자결합 단일가닥핵산에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들(올리고뉴클레오티드들)을 유기 합성하여(바이오니아사) 준비하였다. Organic synthesis of single-stranded nucleic acids (oligonucleotides) having a base sequence complementary to about 3,000 biomolecule-bound single-stranded nucleic acids having a nucleotide sequence selected in Example 1 as a capturing single-stranded nucleic acid to be fixed to the glass slide surface (Bionia) was prepared.

GAPS(Gamma Amino Propyl Silane)이 코팅된 유리 슬라이드인 UltraGAPSTM Coated Slide(Corning 사)를 사용하여 포착 단일가닥핵산이 일정 규칙으로 고착된 핵산칩을 제작하였다. 핵산칩의 제작은 핀(pin) 방식인 마이크로어레이어 시스템(Microarrayer system, GenPak사)을 사용하였고, 스폿 간격(spot spacing)은 스폿 중심 사이(center-to-center)가 370㎛가 되도록 하였다. 각각의 포착 단일가닥핵산들을 표준용액에 녹여 농도를 조절하였다. 이때 어레이어 안의 습도는 70%로 유지하여 스폿팅(spotting)을 수행하였다. 스폿팅된 슬라이드들은 습도유지챔머(humidified chamber)에서 24 ~ 48 시간 방치한 후, UV crosslinker에서 굽는(baking)과정을 수행하였다. 널리 알려진 방법으로 포착 단일가닥핵산들을 유리 슬라이드에 고정시킨 후, 슬라이드를 바로 원심 분리하여 건조시킨 다음, 빛이 차단된 상태로 보관을 하였다. Using a GAPS (Gamma Amino Propyl Silane) coated glass slide, UltraGAPS ™ Coated Slide (Corning, Inc.), a nucleic acid chip was prepared in which a single-stranded nucleic acid was fixed on a regular basis. Nucleic acid chip was manufactured using a pin-type microarrayer system (GenPak), and the spot spacing was about 370 μm between centers of the spots (center-to-center). Each capture single stranded nucleic acid was dissolved in standard solution to adjust the concentration. At this time, the humidity in the arrayer was maintained at 70% to perform spotting. The spotted slides were left in a humidified chamber for 24 to 48 hours and then baked in a UV crosslinker. After capturing single-stranded nucleic acids in a glass slide by a widely known method, the slide was directly centrifuged and dried, and then stored in a light-blocked state.

실시예3. 인간혈청(생체분자)-타깃 단일가닥핵산 복합체의 제조 및 타깃 단일가닥핵산의 제조Example 3. Preparation of Human Serum (Biomolecule) -Target Single-stranded Nucleic Acid Complex and Preparation of Target Single-stranded Nucleic Acid

실시예1에서 선정되어 핵산칩 제조에 사용된 생체분자결합 단일가닥핵산이 삽입된 플라스미드들을 동량으로 혼합하여 미지의 생체분자를 포함하는 생체분자와 결합하는 단일가닥핵산 풀의 전사체를 준비하기 위한 플라스미드 풀을 준비하였다. 인간혈청단백질과 결합하는 단일가닥핵산 풀은 상기 플라스미드 풀 및 PCR 프라이머를 설계 제작하여 PCR 및 생체외 전사 방법으로 준비하였다. In order to prepare a transcript of a single-stranded nucleic acid pool that binds to biomolecules containing unknown biomolecules by mixing the same amount of the plasmids inserted with the biomolecule-binding single-stranded nucleic acids selected in Example 1 and used for preparing nucleic acid chips. A plasmid pool was prepared. The single-stranded nucleic acid pool that binds to human serum proteins was designed and prepared by the above plasmid pool and PCR primers, and prepared by PCR and in vitro transcription methods.

준비된 플라스미드 풀에서 1 pg 플라스미드를 전사체로 하여, PCR 반응 용액, 100 pM 5'-프라이머, 100 pM 3'-프라이머, dNTP 혼합물(5mM dATP, 5mM CTP, 5mM dGTP, 5 mM dTTP)에서 표준 PCR 방법으로 94℃ 30초, 52℃ 30초, 72℃ 20 초 조건으로 30회 사이클을 반복 수행하여 이중가닥핵산을 합성하여 QIAquick-spin PCR 정제 칼럼(QIAGEN Inc., Chatsworth Calif.)으로 정제하였다. Standard PCR method in PCR reaction solution, 100 pM 5'-primer, 100 pM 3'-primer, dNTP mixture (5 mM dATP, 5 mM CTP, 5 mM dGTP, 5 mM dTTP) using 1 pg plasmid as transcript in the prepared plasmid pool By repeating 30 cycles at 94 ℃ 30 seconds, 52 ℃ 30 seconds, 72 ℃ 20 seconds conditions to synthesize a double-stranded nucleic acid was purified by a QIAquick-spin PCR purification column (QIAGEN Inc., Chatsworth Calif.).

2'-F-치환 피리미딘을 포함하는 RNA 분자의 타깃 단일가닥핵산을 생체외 전사로 합성하고 정제하여 준비하였다. Target single-stranded nucleic acids of RNA molecules containing 2′-F-substituted pyrimidines were prepared by synthesis and purification by in vitro transcription.

200 pmoles 이중가닥 DNA 전사체, 40 mM Tris-Cl (pH 8.0), 12 mM MgCl2, 5 mM DTT, 1 mM spermidine, 0.002% Triton X-100, 4% PEG 8000, 5 U T7 RNA Polymerase 그리고 1 mM ATP, GTP 및 3 mM 2'F-CTP, 2'F-UTP를 37℃에서 6 ~ 12시간 반응시킨 후, Bio-Spin 6 크로마토그래피 칼럼(Bio-Rad Laboratories, Hercules Calif.)으로 정제하였다. 200 pmoles double stranded DNA transcript, 40 mM Tris-Cl (pH 8.0), 12 mM MgCl 2, 5 mM DTT, 1 mM spermidine, 0.002% Triton X-100, 4% PEG 8000, 5 U T7 RNA Polymerase and 1 mM After ATP, GTP and 3 mM 2'F-CTP, 2'F-UTP was reacted for 6 to 12 hours at 37 ℃, it was purified by Bio-Spin 6 chromatography column (Bio-Rad Laboratories, Hercules Calif.).

분석에 사용한 인간혈청은 건강한 사람 및 안정성 협심증인 심혈관질환 환자의 혈청이며 10 ㎕의 혈청시료를 90 ㎕의 PBS 용액을 첨가하고 나이트로셀룰루로스 막(Nitrocellulose membrane) disc를 넣어 30분간 흔들어 주면서 반응시켜 시료를 준비하였다. 앞서 제작된 100 ~ 400 ng의 타깃 단일가닥핵산들을 투입하여 30분간 반응시켜 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체를 형성하였다. Human serum used in the analysis was serum of healthy and stable angina patients with cardiovascular disease. The reaction was performed by shaking 10 minutes with 10 µl of serum sample added with 90 µl of PBS solution and a Nitrocellulose membrane disc. To prepare a sample. 100-400 ng of the target single-stranded nucleic acids prepared above were added and reacted for 30 minutes to form a biomolecule-target single-stranded nucleic acid complex.

준비된 단일가닥핵산들을 혈청시료가 부착된 디스크에 처리하여 30분간 반응시켰다. 선택버퍼 혹은 50 mM EDTA로 3회 세척하고 반응산물을 분리하여 수확하였다. The prepared single-stranded nucleic acids were treated with a serum sample attached disk and reacted for 30 minutes. Washed three times with a selection buffer or 50 mM EDTA and the reaction product was separated and harvested.

혈청단백질(생체분자)-타깃 단일가닥핵산이 붙은 디스크를 RT-PCR 용액에 처리하여 RT-PCR을 수행하면서 Cy-5로 표지된 프라이머(5'-Cy5-CGGAAGCGTGCTGGGCC-3': 서열번호 3)를 준비하였다. 상기에서 준비된 플라스미드 풀에서 준비된 타깃 단일가닥핵산들을 이용하여 상기와 동일한 방법으로 RT-PCR하여 Cy-3가 표지된 프라이머(5'-Cy3-CGGAAGCGTGCTGGGCC-3')를 제작하여 준비하였다. 상기 두 용액을 동량으로 혼합하여 타깃 단일가닥핵산들을 제작하였다.Cy-5-labeled primer (5'-Cy5-CGGAAGCGTGCTGGGCC-3 ': SEQ ID NO: 3) was subjected to RT-PCR by treating a disk with serum protein (biomolecule) -target single-stranded nucleic acid in RT-PCR solution. Was prepared. The target single-stranded nucleic acids prepared in the plasmid pool prepared above were prepared by RT-PCR in the same manner as described above to prepare a Cy-3-labeled primer (5'-Cy3-CGGAAGCGTGCTGGGCC-3 '). The two solutions were mixed in equal amounts to produce target single stranded nucleic acids.

실시예4. 핵산칩과 타깃 단일가닥핵산들의 반응Example 4. Reaction of Nucleic Acid Chip and Target Single-stranded Nucleic Acids

도2에 도시된 바와 같이, 상기 실시예3에서 준비된 타깃 단일가닥핵산들을 본 발명의 핵산칩의 포착 단일가닥핵산에 처리하여 60℃에서 4 ~ 12 시간 혼성화하고 42℃에서 0.1 x SSC 용액으로 세척하였다. 이때 혼성화 용액은 1 M 염화나트륨, 0.3 M sodium citrate, 0.5% SDS 또는 100㎍/㎖ 살몬스펌 DNA, 0.2% 우혈청알부민 또는 단일가닥핵산을 포함한다. As shown in FIG. 2, the target single-stranded nucleic acids prepared in Example 3 were treated with capture single-stranded nucleic acids of the nucleic acid chip of the present invention, hybridized at 60 ° C. for 4 to 12 hours, and washed with a 0.1 × SSC solution at 42 ° C. It was. The hybridization solution then comprises 1 M sodium chloride, 0.3 M sodium citrate, 0.5% SDS or 100 μg / ml salmon pump DNA, 0.2% bovine serum albumin or single stranded nucleic acid.

전혼성화가 끝난 유리 슬라이드에 실시예3에서 준비된 용액을 처리하여 42℃에서 12시간동안 혼성화(Hybridization)를 수행한 후, 핵산칩을 세척용액으로 세척하였다. 이때, 세척용액의 조성은 예로 들면, 1X SSC + 0.2% SDS, 1X SSC + 0.2% SDS, 0.5X SSC + 0.2% SDS, 0.01X SSC + 0.2% SDS 순의 단계이며 각각 단계마다 42℃에서 30분간 수행하였다.After the hybridization was completed, the glass slide was treated with the solution prepared in Example 3, hybridization was performed at 42 ° C. for 12 hours, and the nucleic acid chip was washed with a washing solution. At this time, the composition of the washing solution is, for example, 1X SSC + 0.2% SDS, 1X SSC + 0.2% SDS, 0.5X SSC + 0.2% SDS, 0.01X SSC + 0.2% SDS in the order of 30 ℃ at each step 30 It was performed for a minute.

실시예5. 핵산칩의 스폿 탐색 및 분석Example 5. Spot detection and analysis of nucleic acid chip

상기 실시예4의 세척이 종료된 후, 유리 슬라이드를 원심분리로 건조한 후, 사용한 형광염료를 여기(excitation)하기 위한 적절한 파장의 레이저(Cy5, 635 nm)를 갖는 레이저 스캐너(laser scanner, GenePix4000, Axon사)를 이용하여 탐색하였다. 형광이미지는 다중-이미지-태그된 이미지 파일(multi-image-tagged image file, TIFF) 포맷으로 저장한 후, 적절한 화상분석(image analysis) 소프트웨어(GenePix Pro 3.0, Axon사)로 분석하였다. After the washing of Example 4 was finished, the glass slide was dried by centrifugation, and then a laser scanner having a laser (Cy5, 635 nm) of a suitable wavelength for excitation of the used fluorescent dye (laser scanner, GenePix4000, Search using Axon). The fluorescence images were saved in a multi-image-tagged image file (TIFF) format and then analyzed with appropriate image analysis software (GenePix Pro 3.0, Axon).

스폿(spot)당 시그널 강도(signal intensity, 단위: quanta)는 주위배경의 기본 시그널을 뺀 것을 사용하는데, 여기서 배경 시그널은 특정 스폿의 주위에 있는 4개 스폿의 주변 시그널로 구성된 지역적 배경(local background)을 의미한다. 스폿이 가지고 있는 화소(pixel)의 90% 이상이 배경 시그널 + 2 표준편차(S.D.; standard deviation)를 초과하는 시그널 강도를 보일 때 데이터 분석에 포함시키며, 위 조건을 충족시키지 못하면 데이터에 포함시키지 않는 스폿(bad spot)으로 분류하고, 분석에 포함하지 않는 것이 일반적이다. The signal intensity per spot (quanta) is used by subtracting the base signal of the surrounding background, where the background signal is a local background consisting of the surrounding signals of four spots around a particular spot. ). If more than 90% of the pixels in the spot exhibit a signal strength that exceeds the background signal + 2 standard deviation (SD), then include it in the data analysis. It is common to classify as a bad spot and not include it in the analysis.

표지 효율(Labeling efficient)에 따른 편차(variation)는 내부표준(internal standard, IS)의 시그널을 이용하여 평준화(e.g., Normalized Intensity = Probe Intensity / IS intensity)하며, 단일표지(monolabeling)를 한 경우에는 Cy5 채널의 시그널 강도(signal intensity)로 그 결과를 기록하며 스폿팅(spotting)이 두 배 이상으로 된 경우는 평균값을 사용한다. 타깃 단일가닥핵산의 시그널 강도 (signal intensity, S)는 스폿이 갖는 픽셀(pixel)들에 대해서 각각의 시그널 강도를 구한 다음 이들의 중심값(median)을 사용한다(median value of pixel-by-pixel). 시그널 강도(S)는 내부표준(IS)을 이용해서 표지효율에 따른 편차를 평준화한다. Variation according to labeling efficiency is normalized (eg, Normalized Intensity = Probe Intensity / IS intensity) using signals of internal standard (IS), and in case of monolabeling Record the results in the signal intensity of the Cy5 channel and use the average if the spotting is more than doubled. The signal intensity (S) of the target single-stranded nucleic acid is obtained by calculating the respective signal intensities for the pixels of the spot and then using the median value of pixel-by-pixel. ). Signal strength (S) is averaged to the variation in labeling efficiency using the internal standard (IS).

S'(normalized value) = S (Cy5-reference) ㅧ (Cy5-IS). S '(normalized value) = S (Cy5-reference) ㅧ (Cy5-IS).

이상의 방법으로 픽셀 밀도의 분석 결과와 실제 시료량 사이의 관계를 규명하여 그 상관관계를 확인할 수 있다. 핵산칩 형광 데이터를 이미지화하고 모든 스폿의 패턴으로 생체시료에서 생체분자 프로파일을 확인하는 방법을 제공할 수 있으며, 스폿들의 패턴을 계층 클러스터링(Hierarchical Clustering) 및 인공신경 망(Artificial Neural Network) 등의 방법 등으로 분석하여 사용할 수 있다.In this way, the relationship between the analysis result of the pixel density and the actual sample amount can be identified to confirm the correlation. Imaging nucleic acid chip fluorescence data and providing a method for identifying biomolecule profiles in biological samples with patterns of all spots, and methods of hierarchical clustering and artificial neural network It can be analyzed and used.

스폿의 형광정도는 포착 단일가닥핵산과 타깃 단일가닥핵산이 형성하는 이중가닥의 성질에 따라 다양하게 나타난다. 인간혈청단백질-(타깃)단일가닥핵산 복합체의 결합정도 및 양은 이들 간의 특이성 및 결합력에 따라 결정된다. The fluorescence intensity of the spots varies with the properties of the double strand formed by the capture single stranded nucleic acid and the target single stranded nucleic acid. The extent and amount of binding of the human serum protein- (target) single-stranded nucleic acid complex is determined according to the specificity and binding capacity between them.

인간혈청단백질-타깃 단일가닥핵산 복합체에서 기원하는 타깃 단일가닥핵산과 핵산칩에 부착된 포착 단일가닥핵산의 염기서열은 타깃 단일가닥핵산-포착 단일가닥핵산의 이중가닥 안정성에, 그리고 핵산칩 상의 타깃 단일가닥핵산의 양은 형광정도에 영향을 준다. The base sequence of the target single-stranded nucleic acid and the capture single-stranded nucleic acid attached to the nucleic acid chip originating from the human serum protein-target single-stranded nucleic acid complex is the double-strand stability of the target single-stranded nucleic acid-trapping single-stranded nucleic acid and the target on the nucleic acid chip. The amount of single stranded nucleic acid affects the degree of fluorescence.

즉, 형광정도는 타깃 단일가닥핵산의 양을 나타내고, 타깃 단일가닥핵산의 양은 인간혈청단백질-타깃 단일가닥핵산 복합체의 양을 표현한다. 또한 상기 복합체의 양은 생체시료에 있는 생체분자의 양을 나타낸다. 따라서 스폿의 형광정도로부터 스폿에 상응하는 미지의 생체분자를 포함하는 생체시료에서 특정 생체분자의 양을 확인할 수 있다. 결국 형성된 스폿의 형광정도를 분석하여 핵산칩의 모든 스폿들의 패턴을 확인함으로써 인간혈청에서 혈청단백질의 프로파일을 확인할 수 있게 된다.In other words, the degree of fluorescence represents the amount of target single-stranded nucleic acid, and the amount of target single-stranded nucleic acid expresses the amount of human serum protein-target single-stranded nucleic acid complex. The amount of the complex also represents the amount of biomolecule in the biological sample. Therefore, the amount of specific biomolecules can be identified in a biological sample including an unknown biomolecule corresponding to the spot from the fluorescence degree of the spot. Eventually, by analyzing the fluorescence level of the formed spots to confirm the pattern of all spots of the nucleic acid chip it is possible to confirm the profile of the serum protein in human serum.

즉, 형성되는 스폿들이 파랑-노랑-빨강색의 칼라 스펙트럼은 보이는 것은 포착 단일가닥핵산에 결합한 Cy-3이 표지된 타깃 단일가닥핵산과 Cy-5가 표지된 타깃단일가닥핵산의 비율이 다양하여 나타나는 현상이며 특정 스폿의 컬러스펙트럼의 정도는 인간혈청을 구성하는 특정한 혈청시료에 존재하는 특정한 생체분자(단백질)의 양을 표현함으로 핵산칩 상의 모든 스폿들의 컬러스펙트럼을 보여주는 이미지는 특정한 생체시료에서 생체분자 프로파일에 해당한다. That is, the spots formed show a blue-yellow-red color spectrum because the ratio of the target single-stranded nucleic acid labeled Cy-3 and the target single-stranded nucleic acid labeled Cy-5 differs from the capture single-stranded nucleic acid. The color spectrum of a specific spot represents the amount of a specific biomolecule (protein) present in a specific serum sample that constitutes human serum, so that an image showing the color spectrum of all spots on a nucleic acid chip is used for a specific biological sample. Corresponds to the molecular profile.

즉, 본 발명의 생체분자 분석방법에서는 특정 스폿에서 포착 단일가닥핵산과 결합하여 이중가닥을 형성하는 타깃 단일가닥핵산은 Cy-3가 표지된 타깃 단일가닥핵산과 Cy-5가 표지된 타깃 단일가닥핵산으로 구성되어 있고, 전자는 일정한 양으로 존재하나 후자는 인간혈청에서 상응하는 생체분자에 비례하여 존재한다. 이에 따라 특정한 스폿은 후자가 상대적으로 소량으로 존재하면 파란색, 비슷하게 존재하면 노란색, 그리고 과량으로 존재하면 빨간색이 된다. In other words, in the biomolecule analysis method of the present invention, a target single-stranded nucleic acid that binds to a single-stranded nucleic acid at a specific spot to form a double strand is a target single-stranded nucleic acid labeled with Cy-3 and a target single-stranded Cy-5 labeled with Cy-3 It is composed of nucleic acids, the former in constant amounts, but the latter in proportion to the corresponding biomolecule in human serum. This results in certain spots becoming blue if the latter is present in relatively small amounts, yellow if similar, and red if present in excess.

핵산칩 상에서 스폿의 분석으로 이중가닥 내 타깃 단일가닥핵산 수에 따라 형광정도가 상이하며 이는 생체분자의 수와 상관관계가 있다. 따라서 본 발명의 핵산칩을 구성하는 모든 스폿의 컬러스펙트럼을 반영하는 이미지는 미지의 생체분자를 포함하는 생체시료의 생체분자 프로파일이다. Analysis of the spot on the nucleic acid chip, the degree of fluorescence differs depending on the number of target single-stranded nucleic acids in the double-stranded, which correlates with the number of biomolecules. Therefore, the image reflecting the color spectrum of all the spots constituting the nucleic acid chip of the present invention is a biomolecular profile of a biological sample containing unknown biomolecules.

이상의 테스트 결과는 도3과 같으며, 도시된 바와 같이 포착 단일가닥핵산이 부착된 유리 슬라이드에서 혈청단백질에 결합하는 타깃 단일가닥핵산에 기초한 포착 단일가닥핵산이 부착된 부위인 스폿은 다양한 형광정도, 파랑-노랑-빨강색의 칼라 스펙트럼을 형성한다. The test results are as shown in FIG. Forms a color spectrum of blue-yellow-red.

도3의 결과로부터 인간혈청단백질에 결합하는 타깃 단일가닥핵산에 기초한 핵산칩을 이용하여 인간혈청에서 혈청단백질의 프로파일을 확인할 수 있으며 또한 건강한 사람(A) 및 안정성 협심증 심혈관질환자(B)의 혈청내 생체분자의 프로파일이 상이함을 확인할 수 있다. From the results of Figure 3, using a nucleic acid chip based on the target single-stranded nucleic acid binding to human serum proteins, the profile of the serum protein in human serum can be confirmed and also in the serum of healthy human (A) and stable angina cardiovascular disease (B). It can be seen that the biomolecule profiles are different.

도4는 환자의 혈액시료에서부터 본 발명의 핵산칩을 이용하여 생산된 프로파 일을 질환군별로 구성된 데이터베이스화 하는 과정에 대한 순서를 흐름도로 보여준 도면이다. 도5는 생산된 프로파일을 질환군별로 구성된 데이터베이스 및 인공신경망을 이용한 프로그램으로 특정한 사람의 혈청에 대해 생체분자 프로파일을 생산하여 질병을 진단하는 흐름도이다. Figure 4 is a flow chart showing the procedure for the process of the database consisting of disease groups from the blood sample of the patient produced using the nucleic acid chip of the present invention. Figure 5 is a flow chart for diagnosing a disease by producing a biomolecular profile of a specific human serum by a program using a database and artificial neural network configured by the disease group.

도4에 도시한 바와 같이, 많은 생체시료에서 생산되는 프로파일로 구축된 데이터베이스를 생물정보학기술로 분석하여 유용한 정보를 확보할 수 있다.As shown in FIG. 4, useful information can be obtained by analyzing a database constructed of profiles produced in many biological samples by bioinformatics techniques.

건강한 사람, 안정성 협심증, 불안정성 협심증 및 심근경색 등의 심혈관환자의 혈청프로파일 데이터베이스를 이용하여 Lee 2-1(99)라는 사람의 혈청시료를 검사한 결과는 도6과 같으며 72.5% 10 fold cross validation으로 건강한 사람으로 예측할 수 있다. Serum samples of Lee 2-1 (99) were examined using the serum profile database of cardiovascular patients such as healthy, stable angina, unstable angina and myocardial infarction, as shown in FIG. 6 and 72.5% 10 fold cross validation. As a healthy person you can predict.

심혈관질환 진단용 데이터베이스 구축에 사용된 혈청시료의 임상적인 자료는 아래의 표1이며, 건강한 사람 37명, 안정성 협심증 36명, 불안정성 협심증 27명 및 심근경색환자 27명 등 총 127명이다. The clinical data of the serum samples used to construct the cardiovascular disease diagnosis database are shown in Table 1 below. A total of 127 patients including 37 healthy, 36 stable angina, 27 unstable angina and 27 myocardial infarction patients.

심혈관질환자의 임상정보Clinical Information of Cardiovascular Patients 건강한 사람healthy person 안정성 심협증Stability angina 불안정한 심협증Unstable angina 심근경색Myocardial infarction 성별gender 남성male 3535 3535 2727 2727 여성female 22 1One 1One 00 나이age 40-4940-49 1One 00 1One 00 50-5950-59 1313 1717 1515 1717 60-6960-69 2222 1818 1111 1010 70-7970-79 1One 1One 1One 00 합계Sum 3737 3636 2828 2727

건강한 사람과 간암의 혈청프로파일 데이터베이스를 이용하여 KIM라는 사람의 혈청시료를 검사한 결과는 도7과 같으며 93.0% 10 fold cross validation으로 간암환자로 예측할 수 있다. The results of testing serum samples of KIM using a serum profile database of healthy people and liver cancer are shown in FIG. 7 and can be predicted as liver cancer patients with 93.0% 10 fold cross validation.

추가적으로 전이 유무를 검사하기 위해 건강한 사람, 비전이 간암 및 전이 간암의 혈청단백질 프로파일 데이터베이스를 이용하여 KIM라는 사람의 혈청시료를 검사한 결과는 도8과 같으며 76.0% 10 fold cross validation으로 비전이 간암환자로 예측할 수 있다. In addition, the results of testing serum samples of KIM using a serum protein profile database of healthy people, non-transparent liver cancer and metastatic liver cancer are shown in FIG. 8 to test for metastasis. Can be predicted by the patient.

간암 진단용 데이터베이스 구축에 사용된 혈청시료의 임상적인 자료는 표2이며, 건강한 사람 19명, 비전이 간암환자 72명 및 전이성 간암환자 11명으로 간암환자는 83명이고 시료의 총수는 102례이다.The clinical data of the serum samples used to establish the liver cancer diagnosis database are shown in Table 2. There are 19 healthy patients, 72 non-transmitted liver cancer patients, 11 metastatic liver cancer patients, 83 liver cancer patients, and 102 samples.

간암의 임상정보Clinical Information of Liver Cancer 건강한 사람healthy person 비전이 간암Vision liver cancer 전이 간암Metastatic liver cancer 성별gender 남성male 1717 6767 1010 여성female 22 55 00 나이age 40-4940-49 1414 6060 77 50-5950-59 55 77 33 60-6960-69 00 55 1One 합계Sum 1919 7272 1111

건강한 사람과 심근경색환자의 혈청프로파일을 비교하여 심근경색환자에 특이적으로 존재하는 스폿을 결정하고 이에 상응하는 단일가닥핵산에 바이오틴(biotin)을 부착시키고 스트렙타비딘(streptavidin)과 반응시킨 후, 혈청시료와 반응시켜 복합체를 분리한 다음 전기 영동하여 형성되는 밴드를 분리하여 생체분자를 동정하는 과정의 순서에 대한 흐름도는 도9이다. 선정된 단일가닥핵산에 결합하는 단백질을 분리하여 MALDI-TOF-TOF 기기로 단백질의 아미노산서열을 결정한 도면은 도10이다. After comparing the seroprofiles of healthy and myocardial infarction patients to determine the specific spots in myocardial infarction patients, attaching biotin to the corresponding single-stranded nucleic acid and reacting with streptavidin, 9 is a flowchart illustrating a procedure of identifying biomolecules by separating a complex formed by reacting with a serum sample and then separating a band formed by electrophoresis. Figure 10 is a view of determining the amino acid sequence of the protein by separating the protein binding to the selected single-stranded nucleic acid MALDI-TOF-TOF instrument.

상기의 방법으로 생체시료를 구성하는 생체분자와 결합하는 단일가닥핵산을 기초한 단일가닥핵산이 부착된 본 발명의 핵산칩를 이용하여 특정한 생체시료에서 생체분자의 프로파일을 탐색 및 분석하였다. Using the nucleic acid chip of the present invention to which a single-stranded nucleic acid based on a single-stranded nucleic acid that binds to a biomolecule constituting the biological sample was attached, the biomolecule profile was searched and analyzed in a specific biological sample.

또한, 의학적으로 유용한 생체시료의 생체분자를 생산하여 데이터베이스를 제작한 다음 특정한 사람의 혈청프로파일을 생산하고 인공신경망알고리즘을 이용하여 제작한 프로그램으로 심혈관질환의 유무 및 그 종류, 간암발명의 유무 및 전이정도를 검사하였다. In addition, it is a program produced by producing biomolecules of medically useful biological samples, and then producing a serum profile of a specific person and using artificial neural network algorithms, the presence and types of cardiovascular diseases, the presence and metastasis of liver cancer invention The degree was checked.

질환군별로 구성된 데이터베이스를 비교분석하여 유용한 스폿을 결정하고 이에 상응하는 단일가닥핵산을 조제하여 상응하는 단백질을 분리하여 동정하였다.Databases organized by disease groups were analyzed to determine useful spots and to prepare corresponding single-stranded nucleic acids to identify and identify corresponding proteins.

실시예 6. 세포주의 표면 생체분자의 프로파일 생성 및 응용Example 6 Profile Generation and Application of Surface Biomolecules of Cell Lines

6-1. 핵산칩 제작6-1. Nucleic acid chip production

상기 실시예1 및 2의 방법으로 생체시료인 폐암세포주 NCI-H1299의 표면생체분자의 프로파일을 생산하는 본 발명의 핵산칩을 제작하였다. 준비한 무작위 단일가닥핵산들을 폐암세포주에 반응시킨 후 세척버퍼를 사용하여 세포주(생체분자)-단일가닥핵산 복합체를 세척하여 비결합 단일가닥핵산 및 결합정도에 따라 단일가닥핵산을 해리시킨 다음 5,000xg로 원심분리하는 과정을 반복적으로 처리한 후, 세포주-단일가닥핵산 복합체를 원심분리방법으로 분리하여 폐암세포주의 표면생체분자와 결합하는 단일가닥핵산들을 제작하였다. The nucleic acid chip of the present invention was produced by producing the profile of the surface biomolecules of the lung cancer cell line NCI-H1299 which is a biological sample by the method of Examples 1 and 2. After reacting the prepared random single-stranded nucleic acids with lung cancer cell lines, wash the cell line (biomolecule) -single-stranded nucleic acid complex using a washing buffer to dissociate the single-stranded nucleic acid according to the degree of binding and unbound single-stranded nucleic acid, and then to 5,000xg. After repeating the process of centrifugation, single-stranded nucleic acid complexes were separated by centrifugation to prepare single-stranded nucleic acids that bind to the surface biomolecules of lung cancer cell lines.

상기 제작된 단일가닥핵산들로부터 클론을 선정하여 염기서열을 결정하고 분석하여 1,000여개의 생체분자결합 단일가닥핵산을 선정하였다. 실시예2의 방법으로 선정된 1,000여개의 생체분자결합 단일가닥핵산의 상보적인 염기서열로 이루어진 올리고뉴클레오티드(포착 단일가닥핵산)를 합성하고 고체 기판 위에 부착시켜 본 발명의 핵산칩을 제작하였다.A clone was selected from the prepared single-stranded nucleic acids to determine and analyze the nucleotide sequence to select about 1,000 biomolecule-bound single-stranded nucleic acids. The nucleic acid chip of the present invention was prepared by synthesizing an oligonucleotide (captured single-stranded nucleic acid) consisting of complementary nucleotide sequences of about 1,000 biomolecule-binding single-stranded nucleic acids selected by the method of Example 2 and attaching it onto a solid substrate.

6-2. 세포주의 표면생체분자 프로파일 생성6-2. Generation of Surface Biomolecular Profiles in Cell Lines

상기 실시예6-1의 방법으로 제작된 핵산칩을 이용하여 폐암세포주 NCI-H1299의 표면분자의 프로파일을 생산하였다. 폐암세포주와 단일가닥핵산 풀을 반응시킨 다음, 세포주(생체시료)의 생체분자-단일가닥핵산 복합체를 세척 및 분리하였다. 상기 복합체에 결합된 단일가닥핵산을 실시예3의 방법으로 증폭 및 표지하였다. 포착 단일가닥핵산과 표지된 타깃 단일가닥핵산을 실시예4의 방법으로 반응시켰다. 상기 타깃 단일가닥핵산에 표지된 물질의 측정은 실시예5의 방법으로 수행하였으며 폐암세포주의 표면 생체분자의 프로파일을 확인하였다. Using the nucleic acid chip produced by the method of Example 6-1, the surface molecule profile of the lung cancer cell line NCI-H1299 was produced. After reacting the lung cancer cell line with the single-stranded nucleic acid pool, the biomolecule-single-nucleic acid complex of the cell line (biosample) was washed and separated. Single-stranded nucleic acid bound to the complex was amplified and labeled by the method of Example 3. Capture single-stranded nucleic acid and labeled target single-stranded nucleic acid were reacted by the method of Example 4. The measurement of the substance labeled on the target single-stranded nucleic acid was carried out by the method of Example 5 and confirmed the profile of the surface biomolecules of the lung cancer cell line.

생산된 프로파일로 폐암세포주에 강력하게 결합할 것으로 추정되는 단일가닥핵산을 선정하여 FITC가 부착된 단일가닥핵산을 합성하여 폐암세포주와 반응시킨 다음 형광 촬영한 이미지는 도11과 같다. The single-stranded nucleic acid, which is expected to bind strongly to the lung cancer cell line, was selected as the produced profile, and the single-stranded nucleic acid attached to the FITC was synthesized and reacted with the lung cancer cell line.

이와 같이 본 발명의 핵산칩을 이용하여 생산된 폐암세포주 프로파일을 분석하여 선정한 단일가닥핵산이 폐암세포주와 결합함을 확인할 수 있었다.As described above, it was confirmed that the selected single-stranded nucleic acid binds to the lung cancer cell line by analyzing the lung cancer cell line profile produced using the nucleic acid chip of the present invention.

실시예 7. 대장균의 표면 생체분자의 프로파일 생성 및 응용Example 7 Profile Generation and Application of Surface Biomolecules of Escherichia Coli

7-1. 핵산칩 제작7-1. Nucleic acid chip production

생체시료인 대장균 KCTC12006와 상기 실시예1 및 2의 방법으로 본 발명의 핵산칩를 제작하였다. The nucleic acid chip of the present invention was produced by the E. coli KCTC12006 as a biological sample and the method of Examples 1 and 2.

준비한 단일가닥핵산들과 대장균을 반응시킨 후 세척버퍼를 사용하여 대장균(생체분자)-단일가닥핵산 복합체를 세척하여 비결합 단일가닥핵산 및 결합정도에 따라 단일가닥핵산을 해리시킨 다음 5,000xg로 원심분리하는 과정을 반복적으로 처리한 후, 대장균-단일가닥핵산 복합체를 원심분리방법으로 분리하여 대장균의 표면생체분자와 결합하는 단일가닥핵산들을 제작하였다. After reacting the prepared single-stranded nucleic acids with E. coli, wash the E. coli (biomolecule) -single-nucleic acid complex using a washing buffer to dissociate the single-stranded nucleic acid according to the degree of binding and unbound single-stranded nucleic acid, and then centrifuged at 5,000xg. After repeated treatment, the E. coli-single-nucleic acid complex was separated by centrifugal separation to prepare single-stranded nucleic acids that bind to the surface biomolecules of E. coli.

상기 제작된 단일가닥핵산들로부터 클론을 선정하여 염기서열을 결정하고 분석하여 1,000여개의 생체분자결합 단일가닥핵산을 선정하였다. 선정된 1,000여개의 생체분자결합 단일가닥핵산의 상보적인 염기서열로 올리고뉴클레오티드들(포착 단일가닥핵산들)을 합성하고 고체 기판 위에 부착시켜 본 발명에 따른 핵산칩을 제작하였다.A clone was selected from the prepared single-stranded nucleic acids to determine and analyze the nucleotide sequence to select about 1,000 biomolecule-bound single-stranded nucleic acids. Oligonucleotides (captured single-stranded nucleic acids) were synthesized using complementary nucleotide sequences of selected 1,000 biomolecule binding single-stranded nucleic acids and attached onto a solid substrate to prepare a nucleic acid chip according to the present invention.

7-2. 대장균의 표면생체분자 프로파일 생성7-2. Generation of Surface Biomolecular Profiles of Escherichia Coli

상기 실시예7-1의 방법으로 제작된 핵산칩을 이용하여 대장균KCTC12006의 표면분자의 프로파일을 생산하였다. 대장균과 단일가닥핵산 풀을 반응시킨 다음 대장균-타깃 단일가닥핵산 복합체를 세척 및 분리하였다. 상기 복합체에 결합된 타깃 단일가닥핵산을 실시예3의 방법으로 증폭 및 표지하였다. 포착 단일가닥핵산과 표지된 타깃 단일가닥핵산을 실시예4의 방법으로 반응시켰다. 상기 타깃 단일가닥핵산에 표지된 물질의 측정은 실시예 5의 방법으로 수행하였으며, 대장균의 표면 생체분자의 프로파일을 확인하였다. The surface molecule profile of Escherichia coli KCTC12006 was produced using the nucleic acid chip prepared by the method of Example 7-1. E. coli and the single-stranded nucleic acid pool were reacted, and then the E. coli-target single-stranded nucleic acid complex was washed and separated. Target single-stranded nucleic acid bound to the complex was amplified and labeled by the method of Example 3. Capture single-stranded nucleic acid and labeled target single-stranded nucleic acid were reacted by the method of Example 4. The measurement of the substance labeled on the target single-stranded nucleic acid was performed by the method of Example 5, and confirmed the profile of the surface biomolecules of E. coli.

대장균 KCTC12006의 표면 생체분자 프로파일을 생산하는 동일한 방법으로 살모넬라 균(Salmonella typhimurium ATCC13311)의 표면생체분자 프로파일을 생산하여 데이터베이스를 구축한 다음 계층 클러스터링 방법에 기초하여 대장균에 특이적으로 결합하는 단일가닥핵산을 선정하였다. 단일가닥핵산의 특이성을 SPR 장비(BIAcore 사)로 측정한 결과는 도12와 같았으며, 선정된 단일가닥핵산이 살모넬라균에 비해 대장균에 특이적으로 결합하고 있음을 확인하였다. In the same way to produce the surface biomolecular profile of Escherichia coli KCTC12006, a surface biomolecular profile of Salmonella typhimurium ATCC13311 was produced to construct a database, and then a single-stranded nucleic acid that specifically binds to Escherichia coli based on the hierarchical clustering method. Selected. As a result of measuring the specificity of the single-stranded nucleic acid by SPR equipment (BIAcore) was as shown in Figure 12, it was confirmed that the selected single-stranded nucleic acid specifically binds to E. coli compared with Salmonella.

대장균에 결합하는 단일가닥핵산 및 나노금 입자를 이용하여 대장균을 측정하는 방법(예, 대한민국 특허출원번호 10-2006-0072480 참조)으로 상기에서 선정된 단일가닥핵산을 이용하여 용액에 대장균의 유무 및 음식물에 대장균의 오염정도를 측정한 결과는 도13과 같았다. 음식물을 세척한 셀렉스 버퍼에 단일가닥핵산을 반응시키고 나노금입자를 넣은 다음 NaCl 용액을 첨가하며 대장균이 없는 용액은 투명한 무색에 가까운 파란색이며 대장균이 오염된 용액은 빨강색으로 변화되며 그 정도는 오염된 대장균수에 비례함을 확인하였다.The presence or absence of E. coli in the solution using the single-stranded nucleic acid selected above as a method for measuring E. coli using single-stranded nucleic acid and nano-gold particles bound to E. coli (see, for example, Korean Patent Application No. 10-2006-0072480) As a result of measuring the degree of contamination of E. coli in the food was as shown in FIG. The single-stranded nucleic acid is reacted with the washed Selex buffer, nanoparticles are added, NaCl solution is added, and the E. coli-free solution is clear and colorless blue, and the E. coli-contaminated solution turns red. It was confirmed that it is proportional to the coliform count.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 핵산칩 및 이를 이용한 미지의 생체분자 분석방법에 의하면, 병렬고속분석(High Throughput Screening)을 이용한 매우 간단하 고 저렴하며 효율적인 방법으로, 미생물, 세포, 단백질을 포함하는 생체시료에 포함된 미지의 생체분자에 대한 프로파일을 생산할 수 있으므로, 의학, 수의학, 환경공학, 식품공학, 농업 등에 광범위한 분야에서 미지의 생체분자의 생물학적 의미를 분석하는 도구로 응용될 수 있을 것으로 기대된다. According to the nucleic acid chip according to the present invention described above and an unknown method for analyzing biomolecules using the same, a very simple, inexpensive and efficient method using high throughput screening, including a microorganism, a cell, and a protein As it is possible to produce profiles for unknown biomolecules contained in samples, it is expected to be applied as a tool for analyzing the biological meaning of unknown biomolecules in a wide range of fields such as medicine, veterinary medicine, environmental engineering, food engineering, and agriculture. .

또한 본 발명에 따른 핵산칩 및 이를 이용한 생체분자 분석방법에 의하면, 미지의 생체분자의 생물학적 의미를 분석하는 과정에서, 미지의 생체분자의 생물학적 작용을 파악하고 그 구조를 결정하고 구명할 수 있을 뿐만 아니라, 생체분자에 특이적으로 결합하는 특정 단일가닥핵산들을 선별할 수 있고, 선별된 단일가닥핵산을 이용한 보다 정교한 생체분자의 작용을 파악하는 도구로서 이용할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. In addition, according to the nucleic acid chip and the biomolecule analysis method using the same according to the present invention, in the process of analyzing the biological meaning of the unknown biomolecule, it is possible to determine the biological action of the unknown biomolecule and determine and rescue the structure thereof. In addition, it is possible to select specific single-stranded nucleic acids that specifically bind to the biomolecules, and can provide an environment that can be used as a tool for understanding the action of more sophisticated biomolecules using the selected single-stranded nucleic acids.

또한, 본 발명에 따른 핵산칩을 이용한 생체분자 분석방법에 의하면, 의학적으로 질병에 관련된 생체분자의 프로파일을 분석함으로써, 질병을 진단할 수 있는 생체분자, 치료성적을 분석할 수 있는 생체분자, 질병 발병 및 진행에 중요한 역할을 하는 생체분자, 질병에 대한 감수성 관련된 생체분자, 및 신약개발의 표적분자 등을 매우 저렴하고 간편한 방법으로 효율적으로 규명할 수 있다. In addition, according to the biomolecule analysis method using the nucleic acid chip according to the present invention, by analyzing the profile of the biomolecules related to medical conditions, biomolecules capable of diagnosing the disease, biomolecules capable of analyzing the therapeutic results, disease Biomolecules that play an important role in the development and progression, biomolecules related to disease susceptibility, and target molecules for drug development can be identified efficiently and in a very inexpensive manner.

<110> GENOPROT CO., LTD. KIM, Sung-chun <120> Nucleic Acid Chip for Obtaining Bind Profile of Single Strand Nucleic Acid and Unknown Biomolecule, Manufacturing Method Thereof, and Analysis Method of Unknown Biomolecule Using Nucleic Acid Chip <160> 3 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer <400> 1 gggggaattc taatacgact cactataggg agagcggaag cgtgctggg 49 <210> 2 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer <400> 2 ggggggatcc atcgacctct gggttatg 28 <210> 3 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer <400> 3 cggaagcgtg ctgggcc 17 <110> GENOPROT CO., LTD.          KIM, Sung-chun <120> Nucleic Acid Chip for Obtaining Bind Profile of Single Strand          Nucleic Acid and Unknown Biomolecule, Manufacturing Method          Thereof, and Analysis Method of Unknown Biomolecule Using Nucleic          Acid Chip <160> 3 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer <400> 1 gggggaattc taatacgact cactataggg agagcggaag cgtgctggg 49 <210> 2 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer <400> 2 ggggggatcc atcgacctct gggttatg 28 <210> 3 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer <400> 3 cggaagcgtg ctgggcc 17  

Claims (8)

미지의 생체분자들이 포함된 생체시료와 무작위 염기서열을 가진 무작위 단일가닥핵산들을 반응시켜 상기 미지의 생체분자들과 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산들을 결정하는 단계; 및 Reacting a biological sample containing unknown biomolecules with random single-stranded nucleic acids having random sequences to determine biomolecule binding single-stranded nucleic acids binding to the unknown biomolecules; And 결정된 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들과 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들 중에 선택되는 적어도 하나의 단일가닥핵산들을 포함하는 포착 단일가닥핵산을 합성하여, 합성한 상기 포착 단일가닥핵산을 기판에 고착하는 단계; 를 포함하는 방법으로 제조되고; Synthesizing a single-stranded nucleic acid comprising at least one single-stranded nucleic acid selected from the determined biomolecule-linked single-stranded nucleic acids and the single-stranded nucleic acids having a nucleotide sequence complementary to the biomolecule-bound single-stranded nucleic acids Adhering the capture single stranded nucleic acid to a substrate; It is prepared by a method comprising a; 생체시료에 포함된 미지 생체분자들의 생물학적 의미를 분석하기 위한, 단일가닥핵산들과 미지 생체분자들의 결합 프로파일을 생성하는 것에 사용되는 것을 특징으로 하는, 핵산칩의 제조방법. A method for producing a nucleic acid chip, characterized in that it is used to generate a binding profile of single-stranded nucleic acids and unknown biomolecules for analyzing the biological meaning of unknown biomolecules contained in a biological sample. 제1항에 있어서, 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들을 결정하는 단계는, The method of claim 1, wherein the determining of the biomolecule binding single-stranded nucleic acids, 상기 생체시료의 상기 미지 생체분자들에 상기 무작위 단일가닥핵산들을 반응시켜 생체분자-단일가닥핵산 복합체들을 제조하는 단계; Reacting the random single-stranded nucleic acids with the unknown biomolecules of the biosample to produce biomolecule-single-stranded nucleic acid complexes; 상기 생체분자-단일가닥핵산 복합체들을 세척하고, 상기 생체분자들과 상기 단일가닥핵산들의 결합력의 크기에 기초하여 일정 결합력 이상의 상기 생체분자-단일가닥핵산 복합체들을 선택하는 단계; Washing the biomolecule-single-nucleic acid complexes and selecting the biomolecule-single-nucleic acid complexes with a certain binding force or more based on the magnitude of the binding force between the biomolecules and the single-stranded nucleic acids; 선택된 상기 복합체들로부터 상기 단일가닥핵산들을 분리하여 증폭하는 단계; 및 Separating and amplifying the single-stranded nucleic acids from the selected complexes; And 상기 증폭된 상기 단일가닥핵산들을 클로닝 벡터에 삽입하여 단일클론을 확보하여 상기 단일가닥핵산들의 염기서열을 결정함으로써 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들을 결정하는 단계; Determining the biomolecule-bound single-stranded nucleic acids by inserting the amplified single-stranded nucleic acids into a cloning vector to obtain a single clone to determine nucleotide sequences of the single-stranded nucleic acids; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핵산칩의 제조방법. Method for producing a nucleic acid chip, characterized in that it comprises a. 제2항에 있어서, 상기 생체분자-단일가닥핵산 복합체들의 선택 및 증폭을 반복적으로 다수회 실행하는 것을 특징으로 하는, 핵산칩의 제조방법. The method of claim 2, wherein the biomolecule-single strand nucleic acid complexes are repeatedly selected and amplified a plurality of times. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미지 생체분자의 생물학적 의미 분석에 대한 상기 포착 단일가닥핵산들의 기여도에 기초하여, 상기 미지 생체분자의 생물학적 의미를 분석할 수 있는 범위 내에서, 상기 포착 단일가닥핵산들을 선별함으로써, 상기 핵산칩에 고착하는 상기 포착 단일가닥핵산들의 개수를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핵산칩의 제조방법. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the biological meaning of the unknown biomolecule can be analyzed based on the contribution of the capturing single-stranded nucleic acids to the biological meaning analysis of the unknown biomolecule. And selecting the capturing single-stranded nucleic acids, thereby reducing the number of capturing single-stranded nucleic acids attached to the nucleic acid chip. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 생체시료는 세균, 진균류, 바이러스, 세포주, 조직으로 구성된 군으로부터 선택되고; 상기 생체분자는 단백질, 탄수화물, 지질, 다당체, 당단백, 호르몬, 수용체, 항원, 항체 및 효소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 핵산칩의 제조방법. The biological sample is selected from the group consisting of bacteria, fungi, viruses, cell lines, and tissues; The biomolecule is at least one or more selected from the group consisting of proteins, carbohydrates, lipids, polysaccharides, glycoproteins, hormones, receptors, antigens, antibodies and enzymes. 생체시료에 포함된 미지의 생체분자들과 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산들과 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들 중에 선택되는 적어도 하나의 단일가닥핵산들을 포함하는 포착 단일가닥핵산들이 기판에 고착된 구성으로 되어 있고, At least one single-stranded nucleic acid selected from among biomolecule-bound single-stranded nucleic acids that bind to unknown biomolecules included in the biological sample and single-stranded nucleic acids having a base sequence complementary to the biomolecule-bound single-stranded nucleic acids; Capture single-stranded nucleic acids containing the structure is fixed to the substrate, 생체시료에 포함된 미지의 생체분자들의 생물학적 의미를 분석하기 위한, 생체분자들과 단일가닥핵산들의 결합 프로파일을 생성하는 것에 사용되는 것을 특징으로 하는 핵산칩. A nucleic acid chip, characterized in that it is used to generate a binding profile of biomolecules and single-stranded nucleic acids for analyzing the biological meaning of unknown biomolecules contained in a biological sample. 생체시료에 포함된 미지의 생체분자들과 결합하는 생체분자결합 단일가닥핵산들과 상기 생체분자결합 단일가닥핵산들에 상보적인 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들 중에 선택되는 적어도 하나의 단일가닥핵산들을 포함하는 포착 단일가닥핵산들이 기판에 고착되어 있는 핵산칩을 준비하는 단계; At least one single-stranded nucleic acid selected from among biomolecule-bound single-stranded nucleic acids that bind to unknown biomolecules included in the biological sample and single-stranded nucleic acids having a base sequence complementary to the biomolecule-bound single-stranded nucleic acids; Preparing a nucleic acid chip to which the capturing single-stranded nucleic acids comprising the substrate are fixed; 상기 핵산칩의 상기 포착 단일가닥핵산들과 동일한 염기서열을 가지는 단일가닥핵산들과 상기 생체시료의 상기 미지 생체분자들을 반응시켜 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체들을 형성하고, 형성된 상기 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체들을 분리하는 단계; The biomolecule-target single-stranded nucleic acid complexes are formed by reacting single-stranded nucleic acids having the same nucleotide sequence as the capturing single-stranded nucleic acids of the nucleic acid chip with the unknown biomolecules of the biological sample, and forming the biomolecule-target. Separating the single stranded nucleic acid complexes; 분리된 상기 생체분자-타깃 단일가닥핵산 복합체들로부터 상기 타깃 단일가닥핵산들을 분리, 증폭 및 표지하는 단계; Separating, amplifying and labeling the target single stranded nucleic acids from the separated biomolecule-target single stranded nucleic acid complexes; 표지된 상기 타깃 단일가닥핵산들을 상기 핵산칩의 상기 포착 단일가닥핵산들과 반응시켜 상기 표지를 통해 결합 프로파일을 획득하는 단계; 및 Reacting the labeled single stranded nucleic acids with the capture single stranded nucleic acids of the nucleic acid chip to obtain a binding profile via the label; And 획득된 상기 프로파일과 이미 확보되어 있는 프로파일 데이터를 비교하여 상기 미지의 생체분자들의 생물학적 의미를 분석하는 단계; Analyzing the biological meanings of the unknown biomolecules by comparing the obtained profile data with the profile data already secured; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핵산칩을 이용한 미지의 생체분자 분석방법. An unknown biomolecule analysis method using a nucleic acid chip, characterized in that it comprises a. 삭제delete
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