KR101034273B1 - Method Of And System For Microarray Anaysis Using Magnetic Bead - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 모습으로, 마그네틱 비드(bead)를 부착시킨 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리를 준비하는 라이브러리 준비단계; 준비된 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리를 미리 준비된 마이크로어레이에 혼성화시키는 마이크로어레이 혼성화단계; 혼성화된 마이크로어레이 상의 자성체인 마그네틱 비드를 자화시켜 정보를 읽어들이는 자화단계; 및 자화단계에서 읽어들인 결과값을 분석하는 유전자 분석단계;를 포함하여 이루어지는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법이 제안된다.The present invention relates to a method and system for analyzing microarrays using magnetic beads. In one aspect of the present invention, a library preparation step of preparing a protein or cDNA or cRNA library to which magnetic beads are attached; A microarray hybridization step of hybridizing the prepared protein or cDNA or cRNA library to a previously prepared microarray; A magnetization step of magnetizing the magnetic beads on the hybridized microarray to read information; And a microarray analysis method using a magnetic bead comprising a; and a genetic analysis step of analyzing the result value read in the magnetization step is proposed.

본 발명에 따라 종래의 형광물질을 이용한 마이크로어레이 분석보다 훨씬 더 경제적인 마이크로어레이 분석이 가능하게 된다.The present invention enables much more economical microarray analysis than conventional microarray analysis using fluorescent materials.

마이크로어레이, 라이브러리, 마그네틱 비드, 자화, 디지털화, 하드디스크 헤드 Microarray, Library, Magnetic Bead, Magnetization, Digitization, Hard Disk Head

Description

마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 방법 및 시스템{Method Of And System For Microarray Anaysis Using Magnetic Bead}Method and system for analyzing microarray using magnetic beads {Method Of And System For Microarray Anaysis Using Magnetic Bead}

본 발명은 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for analyzing microarrays using magnetic beads.

구체적으로는 마그네틱 비드(bead)를 부착시킨 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA를 마이크로어레이에 혼성화시켜 혼성화된 마이크로어레이 상의 자성체인 마그네틱 비드를 자화시켜 유전자 분석하는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 방법 및 시스템에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to a method and system for analyzing microarrays using magnetic beads, in which magnetic beads, which are magnetic particles on a hybridized microarray, are magnetized and genetically analyzed by hybridizing proteins or cDNAs or cRNAs having magnetic beads attached thereto. .

마이크로어레이(Microarray), 예컨대 DNA 마이크로어레이란 염기서열을 알고 있는 DNA 분자를 소형 기판, 예컨대 슬라이드 위에 고밀도로 배열해 놓은 것이다. 마이크로어레이의 장점은 대량의 유전자 발현 상황을 총체적으로 탐색할 수 있는 것이다. DNA 마이크로어레이 기술은 화학과 분자생물학을 비롯한 기계공학, 전자공학 등의 여러 분야가 융합되어 만들어진 기술로 생명현상과 관련된 유전체 수준의 연구에 크게 기여하고 있다. 10여 년간의 인간유전체사업 결과로 우리는 인간이 지니고 있는 30억 개의 DNA 염기서열을 모두 해독하게 되었으며, 방대한 양의 인간유전체 DNA 서열 정보를 얻게 되었다. 인간유전체사업의 목적은 유전체의 서열 정보를 해독하는 것과 더 나아가 궁극적으로 유전체들의 기능과 구조를 밝히는 것이다. 따라서 방대한 서열 정보를 기반으로 하여, 생물 의학적으로 유용한 정보를 이끌어내기 위한 유전체 연구가 활발히 진행되고 있다.Microarrays, such as DNA microarrays, are dense arrays of DNA molecules with known sequences on small substrates, such as slides. The advantage of microarrays is the ability to collectively explore large gene expression situations. DNA microarray technology is a fusion of various fields such as chemistry, molecular biology, mechanical engineering, and electronic engineering, and contributes greatly to genome-level research related to life phenomena. As a result of our decade of human genome business, we have deciphered all three billion DNA sequences that humans possess and obtained vast amounts of human genome DNA sequence information. The purpose of the human genome business is to decipher the sequence information of genomes and ultimately to reveal the function and structure of the genomes. Therefore, based on the vast sequence information, genome research is actively being conducted to derive biomedical useful information.

마이크로어레이, 예컨대 DNA 마이크로어레이 기술은 수 만개의 유전자 조각들을 하나의 마이크로어레이에 놓을 수 있기 때문에, 전체 유전체에 대한 정보를 한번의 실험에서 얻을 수 있고, 종래의 몇 개의 유전자만을 대상으로 하는 서던법(Southern method)이나 노던법(Northern method)과는 비교가 안 될 정도로 상당히 많은 정보를 얻을 수 있는 특징이 있다.Because microarrays, such as DNA microarray technology, can put tens of thousands of gene fragments into a single microarray, it is possible to obtain information about the entire genome in a single experiment and to use only a few conventional genes. There is a characteristic that can get quite a lot of information that cannot be compared with the (Southern method) or Northern method (Northern method).

마이크로어레이의 종류는 칩 위에 올려지는 물질의 종류에 따라 DNA 칩, 단백질 칩, 세포 칩, 신경세포 칩 등 여러 가지가 있다.There are various types of microarrays, such as DNA chips, protein chips, cell chips, and nerve cell chips, depending on the type of material on the chip.

마이크로어레이의 기본원리를 살펴보면, DNA 염기배열 중 단백질로 변환되는 부분이 핵 안에서 mRNA로 전사되어 세포 안에서 mRNA로 존재하는데, 추후 번역과정을 통하여 단백질을 생성하는데 사용되는 mRNA의 양은 해당 유전자의 발현정도를 나타내는 척도로 이용할 수 있고, DNA의 상보적 결합성질을 이용하여 유전자의 상대적 발현정도를 알아낼 수 있게 된다.Looking at the basic principle of microarray, the part of the DNA base sequence that is converted into protein is transcribed into mRNA in the nucleus and exists as mRNA in the cell, and the amount of mRNA used to generate the protein through the translation process is the expression level of the gene. It can be used as a measure to indicate the relative expression level of genes using the complementary binding properties of DNA.

종래의 마이크로어레이는 관심있는 조직에서 mRNA를 추출하여 유전자 발현을 탑지할 수 있는 염료, 즉 형광물질을 붙인 cDNA 또는 cRNA를 만들고, 이를 미리 만들어진 DNA 마이크로어레이에 혼성화시키면 서로 상보적인 서열이 있는 부분에서서 형광이 나타나고, 형광의 강도를 측정해서 유전자의 상대적인 발현량을 알아내는 방식이었다. Conventional microarrays produce cDNAs or cRNAs with a fluorescent substance, ie, fluorescent dyes, which extract mRNA from tissues of interest, and hybridize them to pre-made DNA microarrays, where they have complementary sequences. Fluorescence appeared, and the relative expression levels of genes were determined by measuring the intensity of fluorescence.

본 발명은 종래의 추출된 mRNA에 염료, 즉 형광물질을 부착하는 방식이 아닌 마그네틱 비드(bead)를 부착시켜 마그네틱 비드를 컴퓨터 하드디스크 헤드 기술과 같은 자기(磁氣)를 이용한 방식으로 유전자의 발현량을 알아내어 분석하는 신규한 방법 및 시스템을 제안하고자 한다.The present invention is a method of expressing a gene in a manner using magnetic beads, such as computer hard disk head technology, by attaching magnetic beads to the extracted mRNA, instead of attaching a dye, that is, a fluorescent material. We propose a novel method and system for identifying and analyzing quantities.

형광표지를 부착하여 이미지 분석을 하는 종래 기술은 디지털화되기 어렵고, 이미지 분석 프로그램 패키지를 따로 구입해야 한다는 단점이 있다. 또한 분석된 이미지 사진을 다시 디지털로 변환시키기 위해서 별도의 절차를 거쳐야 하기 때문에 많은 시간이 요구된다. 무엇보다 기존의 형광표지 분석 스캐너의 가격은 일반 가정에서 사용할 수 없을 정도로 아주 가격이 비싸다. 이러한 시스템이 구축이 된다고 하더라도 비싼 가격으로 대중화될 수 없을 것이다.The conventional technique of analyzing an image by attaching a fluorescent label is difficult to digitize, and has a disadvantage of separately purchasing an image analysis program package. In addition, a lot of time is required because a separate procedure is required to convert the analyzed image photograph back to digital. Most of all, the cost of conventional fluorescent labeling scanners is so high that they cannot be used in the home. Even if such a system is built, it will not be popularized at a high price.

본 발명은 이러한 종래의 문제를 해결하고자 마그네틱 비드(bead)를 단백질 또는 DNA 또는 RNA에 부착시켜 자기(磁氣)를 이용한 방식으로 유전자의 발현량을 알아내어 분석하는 마이크로어레이 분석방법 및 시스템을 제안하고자 한다.The present invention proposes a microarray analysis method and system for detecting and analyzing the expression level of a gene in a magnetic method by attaching a magnetic bead to a protein, DNA, or RNA in order to solve this conventional problem. I would like to.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 모습으로, 마그네틱 비드(bead)를 부착시킨 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리를 준비하는 라이브러리 준비단계; 준비된 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리를 미리 준비된 마이 크로어레이에 혼성화시키는 마이크로어레이 혼성화단계; 혼성화된 마이크로어레이 상의 자성체인 마그네틱 비드를 자화시켜 정보를 읽어들이는 자화단계; 및 자화단계에서 읽어들인 결과 값을 분석하는 유전자 분석단계;를 포함하여 이루어지는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법이 제안된다.In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention, a library preparation step of preparing a protein or cDNA or cRNA library attached magnetic beads (bead); A microarray hybridization step of hybridizing the prepared protein or cDNA or cRNA library to a prepared microarray; A magnetization step of magnetizing the magnetic beads on the hybridized microarray to read information; And a microarray analysis method using a magnetic bead comprising a; and a genetic analysis step of analyzing the result value read in the magnetization step is proposed.

상기 과제를 달성하기 위한 바람직한 또 하나의 모습으로, 전술한 마이크로어레이 분석방법에 있어서, 유전자 분석단계는, 읽어들인 값을 디지털화하는 디지털화단계; 및 디지털화된 결과 값을 분석하는 디지털 분석단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In another preferred aspect of the present invention, in the aforementioned microarray analysis method, the genetic analysis step includes: a digitization step of digitizing the read value; And a digital analysis step of analyzing the digitized result value.

상기 과제를 달성하기 위한 또한 바람직한 하나의 모습으로, 전술한 마이크로어레이 분석방법들에 있어서, 자화단계는 컴퓨터 하드디스크 헤드 방식을 이용하여 혼성화된 마이크로어레이 상의 마그네틱 비드를 자화시키는 것을 특징으로 한다.In a further preferred aspect to achieve the above object, in the above-described microarray analysis method, the magnetization step is characterized by magnetizing the magnetic beads on the hybridized microarray using a computer hard disk head method.

상기 과제를 달성하기 위한 바람직한 또 다른 하나의 모습으로, 전술한 마이크로어레이 분석방법들에 있어서, 유전자 분석단계는, 결과 값에 대한 유전자 분석에 앞서 혼성화된 마이크로어레이 상에 포함된 노이즈를 처리하는 전처리 또는 표준화 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In another preferred aspect to achieve the above object, in the above-described microarray analysis method, the genetic analysis step, pre-processing the noise contained on the hybridized microarray prior to the genetic analysis of the result value Or further comprising a standardization step.

또한 바람직한 하나의 모습으로, 유전자 분석단계는, 전술한 전처리 또는 표 준화 단계 이후에, 다수 처리 그룹들 간에 다르게 발현되는 유전자를 찾기 위한 유전자 탐색단계를 더 포함하여 이루어진다. 또는 전술한 전처리 또는 표준화 단계 이후에, 발현패턴이 비슷한 유전자들의 군집을 찾기 위한 군집분석단계를 더 포함하여 이루어진다.Also in a preferred aspect, the gene analysis step, after the above-described pre-processing or standardization step, further comprises a gene search step for finding genes that are expressed differently between a plurality of treatment groups. Or after the pre-processing or standardization step described above, further comprising a cluster analysis step for finding a cluster of genes having similar expression patterns.

상기 과제를 달성하기 위한 또한 바람직한 다른 하나의 모습으로, 전술한 마이크로어레이 분석방법들에 있어서, 라이브러리 준비단계는, 표본에서 RNA 추출하여 cDNA 또는 cRNA를 합성하는 cDNA 또는 cRNA 합성단계; 및 합성된 cDNA 또는 cRNA에 마그네틱 비드를 부착하여 라벨링하는 라벨링단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In another preferred aspect to achieve the above object, in the above-described microarray analysis method, library preparation step, cDNA or cRNA synthesis step of synthesizing cDNA or cRNA by RNA extraction from a sample; And a labeling step of attaching and labeling the magnetic beads to the synthesized cDNA or cRNA.

또한 바람직한 하나의 모습으로, 라벨링단계는, cDNA 또는 cRNA에 비오틴(Biotin)을 부착시켜 비오틴 결합체를 준비하는 비오틸레이션 단계; 마그네틱 비드와 아비딘 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 복합체를 준비하는 마그네틱 비드 복합체 준비단계; 비오틴 결합체와 마그네틱 비드 복합체를 혼성시켜 비오틴과 아비딘 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 결합을 이용하여 마그네틱 비드를 cDNA 또는 cRNA에 결합시키는 마그네틱 비드 결합단계; 및 마그네틱 비드 복합체에 결합되지 않은 비오틴 결합체를 씻겨 마그네틱 비드 부착된 cDNA 또는 cRNA를 획득하는 비드 라벨링 cDNA 또는 cRNA 획득단계;를 포함하여 이루어진다.Also in a preferred aspect, the labeling step, biotinylation step of preparing a biotin conjugates by attaching a biotin (Biotin) to the cDNA or cRNA; A magnetic bead complex preparation step of preparing a complex of magnetic beads with avidin or streptavidin or neutravidin; A magnetic bead binding step of hybridizing a biotin binder and a magnetic bead complex to bind magnetic beads to cDNA or cRNA by using a combination of biotin with avidin or streptavidin or neutravidin; And obtaining a bead labeling cDNA or cRNA to wash the biotin conjugate not bound to the magnetic bead complex to obtain a magnetic bead attached cDNA or cRNA.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 하나의 모습으로, 마그네틱 비드 부착된 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리 모듈; 라이브러리 모듈을 미리 준비된 마이크로어레이에 혼성화시키는 마이크로어레이 혼성화부; 마이크로어레이 혼성화부에서 혼성화된 마이크로어레이 상의 자성체인 마그네틱 비드를 자화시켜는 마그네틱비드 자화부; 및 마그네틱 비드 자화부에서 자화시킨 정보를 읽어들이고 읽어들인 결과 값을 분석하는 유전자 분석부;를 포함하여 이루어지는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 시스템이 제안된다.In another aspect of the present invention for achieving the above object, a magnetic bead attached protein or cDNA or cRNA library module; A microarray hybridization unit for hybridizing the library module to a prepared microarray; A magnetic bead magnetizing unit for magnetizing the magnetic beads, which are magnetic materials on the microarray hybridized in the microarray hybridizing unit; And a genetic analyzer for reading information magnetized by the magnetic bead magnetizing unit and analyzing the read result value.

또한 바람직하게는 전술한 마그네틱 비드 자화부는 컴퓨터 하드디스크 헤드 방식을 이용하여 혼성화된 마이크로어레이 상의 마그네틱 비드를 자화시키는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the above-described magnetic bead magnetization unit magnetizes the magnetic beads on the hybridized microarray using a computer hard disk head method.

본 발명의 모습에 따라, 종래의 추출된 mRNA에 염료, 즉 형광물질을 부착하는 방식이 아닌, 마그네틱 비드(bead)를 부착시켜 마그네틱 비드를 컴퓨터 하드디스크 헤드 기술과 같은 자기(磁氣)를 이용함으로써 훨씬 경제적으로 유전자를 분석할 수 있게 되었다.According to the aspect of the present invention, a magnetic bead is attached to a magnetic bead such as a computer hard disk head technology by attaching a magnetic bead, rather than a method of attaching a dye, that is, a fluorescent substance, to a conventional extracted mRNA. This makes gene analysis much more economical.

게다가, 디지털화가 용이하고, 이미지 분석 프로그램 패키지를 따로 구입할 필요가 없으며, 또한 분석된 이미지 사진을 다시 디지털로 변환시키기 위해서 별도의 절차를 거칠 필요가 없어 시간이 절약되고, 경제적인 마이크로어레이 분석이 가 능하게 되었다In addition, it is easy to digitize, eliminates the need to purchase an image analysis program package, and saves time and economical microarray analysis by eliminating the need for a separate procedure to convert the analyzed image photograph back to digital. Became able

또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 구체적인 구성에 따라 얻어지는 세부적인 효과들은 구체적으로 기술되지 않더라도 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 실시 예들의 구체적인 구성으로부터 자명하게 이해될 수 있음은 분명하다.In addition, it is apparent that the detailed effects obtained according to the specific configuration according to the embodiments of the present invention can be clearly understood from the specific configuration of the embodiments to those skilled in the art even if not specifically described.

이하, 전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내어 설명될 것이다. 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention for achieving the above object will be described with reference to the accompanying drawings. The same elements in the drawings will be described with the same reference numerals and symbols as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description may be omitted or briefly described.

본 발명은 종래의 mRNA에 형광물질을 부착하여 스캐닝하여 유전자의 상대적인 발현정도를 파악하는 것이 아니라, 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA에 마그네틱 비드(bead)를 부착시켜 예컨대 컴퓨터 하드디스크 헤드에서와 같이 자화(磁化) 기술을 이용하여 자성체인 마그네틱 비드를 자화시켜 정보를 저장하거나 저장된 정보를 읽어들이는 방식으로 유전자의 발현정보를 분석하는 방법과 그 시스템이다.The present invention does not determine the relative expression level of genes by scanning fluorescent materials attached to conventional mRNAs, but by attaching magnetic beads to proteins or cDNAs or cRNAs, such as in computer hard disk heads. The method and system for analyzing the expression information of genes by magnetizing magnetic beads, which are magnetic materials, by using technology, and storing information or reading stored information.

우선 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법을 살펴본다.First, a method of analyzing microarrays using magnetic beads, which is one of the present inventions, will be described.

도 1은 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 하나의 실시 예에 따른 흐름도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 또 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고, 도 3은 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 다른 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고, 도 4는 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 또 다른 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고, 도 5는 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 다른 또 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고, 도 6은 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 더 다른 또 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타낸다.Figure 1 shows a flow chart according to one embodiment of a microarray analysis method using a magnetic bead of the present invention, Figure 2 is another embodiment of a microarray analysis method using a magnetic bead of the present invention 3 shows a part of a flowchart according to another embodiment of a method of analyzing a microarray using magnetic beads, which is one of the present inventions, and FIG. 4 is a micro diagram using magnetic beads, which is one of the present inventions. A part of a flowchart according to another embodiment of an array analysis method is shown, and FIG. 5 is a part of a flowchart according to another embodiment of a microarray analysis method using magnetic beads, which is one of the present inventions. 6 is another embodiment of the microarray analysis method using magnetic beads of the present invention. It shows a portion of a flow chart according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 하나의 실시 예는 라이브러리 준비단계(S100), 마이크로어레이 혼성화단계(S200), 자화단계(S300) 및 유전자 분석단계(S400)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, one embodiment of a microarray analysis method using magnetic beads includes a library preparation step (S100), a microarray hybridization step (S200), a magnetization step (S300), and a genetic analysis step (S400). Is done.

우선, 라이브러리 준비단계(S100)에서는 마그네틱 비드(bead)를 부착시킨 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리가 준비된다. First, in the library preparation step (S100), a protein or cDNA or cRNA library to which magnetic beads are attached is prepared.

마그네틱 비드를 단백질 또는 DNA 또는 RNA에 부착하는 방법을 살펴본다. 마 그네틱 비드를 단백질 또는 DNA 또는 RNA에 부착하는 방법은 먼저 비오틴과 단백질 또는 DNA 또는 RNA를 부착하고, 마그네틱 비드를 아비딘 또는 스트렙타비딘 등의 매체에 부착시키고, 비오틴 부착된 단백질 물질 또는 유전정보 물질과 마그네틱 비드에 고정된 아비딘을 혼합하여 아비딘과 비오틴 사이의 강력한 결합력을 이용하여 단백질 또는 DNA 또는 RNA와 마그네틱 비드를 결합시킨다. 그리고 결합되지 않은 단백질 또는 DNA 또는 RNA 결합체를 씻겨내어 마그네틱 비드 부착시킨 단백질 또는 DNA 또는 RNA를 준비하게 된다.Learn how to attach magnetic beads to proteins or DNA or RNA. To attach magnetic beads to proteins or DNA or RNA, first attach biotin and proteins or DNA or RNA, and attach magnetic beads to a medium such as avidin or streptavidin, and biotin attached protein material or genetic information. Avidin immobilized on the substance and magnetic beads is mixed to bind the magnetic beads with protein or DNA or RNA using a strong binding force between avidin and biotin. The unbound protein or DNA or RNA conjugate is washed away to prepare a magnetic bead attached protein or DNA or RNA.

이와 같은 방법으로 마그네틱 비드(bead)를 부착시킨 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리가 준비된다. In this way, a protein or cDNA or cRNA library to which magnetic beads are attached is prepared.

예컨대, 마그네틱 비드와 단백질 또는 DNA 또는 RNA의 부착은 비오틴과 아비딘의 결합특성을 이용한다.For example, the attachment of magnetic beads to proteins or DNA or RNA takes advantage of the binding properties of biotin and avidin.

단백질과 같은 다른 분자에 비오틴(Biotin)이 부착되는 것을 비오티닐레이션(biotinylation)이라 한다. 비오틴(Biotin)은 수용성 비타민이며 일반적으로 비타민 B 복합체(B-complex vitamin)로 분류되는데, 효소 비오티니다아제가 DNA 결합단백질인 히스톤의 비오티닐레이션을 촉매하므로, 비오틴이 DNA 복제와 전사에 중요한 역할을 하고 있다. The attachment of biotin to other molecules such as proteins is called biotinylation. Biotin is a water-soluble vitamin and is generally classified as a B-complex vitamin. Because the enzyme biotinidase catalyzes the biotinylation of histone, a DNA-binding protein, biotin is responsible for DNA replication and transcription. It plays an important role.

비오틴은 관심있는 물질, 예컨대 단백질이나 DNA 또는 RNA에 부착시킬 수 있다. 본 발명에서는 비오틴을 단백질 또는 DNA 또는 RNA에, 보다 구체적으로 cDNA 또는 cRNA에 부착시킨다. 구체적인 부착방법으로 차후에 설명될 것이다.Biotin can be attached to a substance of interest, such as a protein or DNA or RNA. In the present invention, biotin is attached to a protein or DNA or RNA, more specifically to cDNA or cRNA. Specific attachment methods will be described later.

바람직하게는 하나의 실시 예로써, 도 5를 참조하여 살펴보면, cDNA 또는 cRNA에 마그네틱 비드를 부착하는 경우를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 라이브러리 준비단계(S100)는 cDNA 또는 cRNA 합성단계(S110)와 라벨링단계(S120)를 포함하여 이루어진다.Preferably, as an example, referring to FIG. 5, the magnetic bead is attached to the cDNA or cRNA. Referring to FIG. 5, the library preparation step (S100) includes a cDNA or cRNA synthesis step (S110) and a labeling step (S120).

도 5의 cDNA 또는 cRNA 합성단계(S110)에서는 관심있는 대상, 즉 표본(sample)에서 RNA 추출하여 cDNA 또는 cRNA 합성한다. 표본에서 RNA를 추출하는 것과 cDNA 또는 cRNA 합성은 당해 기술분야에서 이미 자명한 기술에 불과하므로 구체적인 설명은 생략한다.In the cDNA or cRNA synthesis step (S110) of FIG. 5, cDNA or cRNA is synthesized by extracting RNA from a target of interest, that is, a sample. Extracting RNA from a sample and cDNA or cRNA synthesis are only known techniques in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

그리고 라벨링단계(S120)에서는 합성된 cDNA 또는 cRNA에 마그네틱 비드를 부착하여 라벨링(labeling)한다. cDNA 또는 cRNA에 마그네틱 비드를 부착하는 것은 종래의 염료, 즉 형광물질을 부착하는 것과 차별적인 특징이다. 본 발명에서는 cDNA 또는 cRNA에 부착된 마그네틱 비드의 자화(磁化)에 따른 정보를 판독함으로써 유전자 발현정보를 분석할 수 있게 된다.In the labeling step (S120), magnetic beads are attached to the synthesized cDNA or cRNA to be labeled. Attaching magnetic beads to cDNA or cRNA is a distinctive feature from attaching conventional dyes, ie fluorescent materials. In the present invention, gene expression information can be analyzed by reading information according to magnetization of magnetic beads attached to cDNA or cRNA.

보다 구체적인 라벨링방법은 다음에서 자세히 설명된다.More specific labeling methods are described in detail below.

또한 더 바람직한 하나의 모습으로, 도 6을 참조하면, 도 5에 도시된 바와 같은 라벨링단계(S120)는 라벨링단계는, 비오틸레이션단계(S121), 마그네틱 비드 복합체 준비단계(S123), 마그네틱 비드 결합단계(S125) 및 비디 라벨링 cDNA 또는 cRNA 획득단계(S127)를 포함하여 이루어진다. 도 6에서는 cDNA 또는 cRNA에 마그네틱 비드를 부착하는 방법에 대하여 설명하고 있으나, 이러한 방법은 단백질에 마그 네틱 비드를 부착하는 경우에도 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하게 이해될 수 있다.Also in a more preferred embodiment, referring to Figure 6, the labeling step (S120) as shown in Figure 5, the labeling step, biotinylation step (S121), magnetic bead composite preparation step (S123), magnetic beads It comprises the binding step (S125) and the video labeling cDNA or cRNA acquisition step (S127). Although FIG. 6 describes a method of attaching magnetic beads to cDNA or cRNA, it may be obvious to those skilled in the art that such a method may be applied to a method of attaching magnetic beads to a protein.

도 6에 도시된 바와 같이 비오틸레이션 단계(S121)에서는 cDNA 또는 cRNA에 비오틴(Biotin)을 부착시켜 비오틴 결합체를 준비한다. 단백질에 비오틴을 결합한 비오틴 결합체를 준비할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.In the biotinylation step (S121) as shown in FIG. 6, a biotin conjugate is prepared by attaching biotin to cDNA or cRNA. As described above, it is possible to prepare a biotin conjugate in which biotin is bound to a protein.

비오틴(biotin)과 DNA 또는 RNA 부착방법을 구체적으로 예를 들어 살펴보면, 우선 TdT(Terminal deoxynucleotidyl transferase)는 단일 DNA의 3'말단에 TTP(RNA의 경우 UTP)를 부착시킨다. 여기에 비오틴-TTP 복합체를 넣어 TdT 효소와 같이 섞어주게 되면 DNA 3'말단에 비오틴이 TTP와 함께 부착되어진다. 여기서 비오틴-TdT는 화학적으로 교차결합(cross-linking)되게 만들어지며, 상업적으로 구입이 가능하다. Specific examples of biotin and DNA or RNA attachment method, first, the terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) attaches TTP (UTP in the case of RNA) to the 3 'end of a single DNA. When the biotin-TTP complex is added and mixed with the TdT enzyme, the biotin is attached together with the TTP at the DNA 3 'end. Biotin-TdT here is made chemically cross-linked and commercially available.

이러한 상업적으로 구입가능한 키트(kit)는 DNA의 3'-OH 말단에 비주형에 의한 뉴클레오티드 혼성(nontemplate-directed nucleotide incorporation)을 촉진시키기 위해 TdT를 사용한다. TdT는 싱글-가닥(single-stranded) DNA의 기질 친화성을 나타낸다. 그러나 TdT는 비록 낮은 효율에도 불구하고 3' 돌출과 무딘 이중구조를 갖는 이중 DNA에 라벨링한다. 비오틴 3'말단 DNA 라벨링 키트는 DNA 가닥의 3'말단에 비오틴-11-dUTP(1-3 biotinylated ribonucleotide)를 혼성화시키기에 최적으로 되어 있다. 이러한 라벨링 기법은 비오틴을 단백질의 서열특이적 결합 또는 혼성을 방해할 것 같지 않은 프로브의 3'말단에 배치시키는데 이점을 갖는다. 비오틴-부착된 DNA 프로브는 EMSA(electrophoretic mobility shift assay), 노던 블랏 또는 서던 블랏(Northern or Southern blots), 집단 혼성(colony hybridization) 또는 인시츄 혼성(in situ hybridization)을 포함하는 다양한 응용에서 비동위원소 검사(non-isotopic detection)를 촉진하기 위해 사용될 수 있다.These commercially available kits use TdT to promote nontemplate-directed nucleotide incorporation at the 3′-OH terminus of DNA. TdT represents the substrate affinity of single-stranded DNA. TdT, however, labels double DNA with 3 'overhang and blunt duplex, despite low efficiency. The biotin 3′-end DNA labeling kit is optimized for hybridizing biotin-11-dUTP (1-3 biotinylated ribonucleotides) at the 3 ′ end of the DNA strand. This labeling technique has the advantage of placing biotin at the 3 'end of a probe that is unlikely to interfere with sequence specific binding or hybridization of the protein. Biotin-attached DNA probes are non-isotope in a variety of applications, including electrophoretic mobility shift assays (EMSA), Northern or Southern blots, colony hybridization or in situ hybridization. It can be used to facilitate non-isotopic detection.

다음으로, 도 6을 참조하면 마그네틱 비드 복합체 준비단계(S123)에서는 마그네틱 비드와 아비딘 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 복합체를 준비한다.Next, referring to Figure 6 in the magnetic bead complex preparation step (S123) to prepare a complex of magnetic beads and avidin or streptavidin or neutravidin.

마그네틱 비드와 아비딘(Avidin) 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 부착방법을 살펴보면, 마그네틱 비드와 아비딘이나 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 마그네틱 비드 복합체는 상업적으로 구입이 가능하며 화학적으로 가교결합(cross-linking)으로 결합이 가능하다. 상업적으로 구입이 가능하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Magnetic bead complexes with avidin or streptavidin or neutravidin can be commercially purchased and chemically crosslinked with magnetic beads and avidin or streptavidin or neutravidin. -linking). Since it can be purchased commercially, a detailed description will be omitted.

다음으로, 도 6을 참조하면 마그네틱 비드 결합단계(S125)에서는 비오틴 결합체와 마그네틱 비드 복합체를 혼성시켜 비오틴과 아비딘 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 결합을 이용하여 마그네틱 비드를 cDNA 또는 cRNA에 결합시킨다. 도시되지 않았으나 단백질과 결합된 비오틴 결합체와 마그네틱 비드 복합체를 혼성시켜 마그네틱 비드를 단백질에 결합시키는 것은 당해 분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 자명하게 이해될 수 있다. 이하에서는 비오틴 부착된 DNA 또는 RNA 물질과 마그네틱 비드 복합체와의 결합을 예로 들어 설명할 것이다.Next, referring to FIG. 6, in the magnetic bead binding step (S125), the biotin conjugate is mixed with the magnetic bead complex to bind the magnetic beads to cDNA or cRNA by using a combination of biotin and avidin or streptavidin or neutravidin. . Although not shown, it is obvious to those skilled in the art to hybridize the magnetic beads to the protein by hybridizing the biotin conjugate and the magnetic bead complex associated with the protein. Hereinafter, the binding of the biotinylated DNA or RNA material to the magnetic bead complex will be described as an example.

비오틴 부착된 DNA 또는 RNA 물질과 마그네틱 비드에 고정된 아비딘 또는 스 크렙타비딘 또는 뉴트라비딘의 마그네틱 비드 복합체를 혼합하여 아비딘 또는 스크렙타비딘 또는 뉴트라비딘과 비오틴 사이의 강력한 결합력을 이용하여 DNA 또는 RNA와 마그네틱 비드를 결합시킨다. Magnetic beads complexes of avidin or screptavidin or neutravidin immobilized on magnetic beads with biotinylated DNA or RNA material are mixed to take advantage of the strong binding force between avidin or screptavidin or neutravidin and biotin and Join the magnetic beads.

마그네틱 비드에 고정된 아비딘 또는 스크렙타비딘 등의 변위된 분자는 비오틴 결합체에 혼합되어 섞이게 된다. 아비딘(avidin)이나 스트렙타비딘(streptavidin) 등의 비드(beads) 복합체는 비오틴 결합체의 현탁된 혼성(Hybridization) 완충제(Buffer)에 더해지고, 비오틴이 부착된 분자, 즉 DNA 또는 RNA 물질은 마그네틱 비드와 결합하게 된다. Displaced molecules such as avidin or screptavidin immobilized on magnetic beads are mixed and mixed with biotin conjugates. Beads complexes, such as avidin or streptavidin, are added to suspended hybridization buffers of biotin conjugates, and biotinylated molecules, such as DNA or RNA substances, are magnetic beads. Combined with.

준비된 DNA 또는 RNA와 비오틴의 결합체와 마그네틱 비드 복합체가 현탁된 혼성 완충제에 효모 또는 박테리아 프로브를 혼합할 수도 있다. Yeast or bacterial probes may be mixed with a hybrid buffer in which the conjugate of the prepared DNA or RNA and biotin and the magnetic bead complex are suspended.

DNA 또는 RNA 표본을 혼성시키고 혼성된 DNA 또는 RNA 표본으로부터 마그네틱 비드가 부착된 DNA 또는 RNA를 획득하게 된다.DNA or RNA specimens are hybridized and magnetic beads attached DNA or RNA are obtained from the hybridized DNA or RNA specimens.

마그네틱 비드 복합체가 현탁된 혼성 완충제는 마그네틱 비드 복합체를 부유시켜 서스펜션(현탁액)을 만들어 천천히 상청액(supernatant)을 빨아들여 폐기하면서 마그네틱 비드가 현탁된 혼성 완충제(hybridization buffer)를 만드는 방법으로 준비할 수도 있다.Hybrid buffers in which magnetic bead complexes are suspended can also be prepared by suspending magnetic bead complexes to form suspensions (suspensions) and slowly sucking and discarding the supernatant to create hybrid buffers in which magnetic beads are suspended. .

비오틴 부착된 단백질 또는 유전정보물질은 비오틴과 아비딘 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 강한 친화력을 이용하여 아비딘 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘을 포획하는데 사용된다. 비오틴 부착된 분자에 결합하는 어떠한 다른 단백질이라도 비드와 함께 머물게 된다. 이는 아비딘과 비오틴 사이의 결합에 따른 것이다. 이하에서 비오틴과 아비딘의 결합은 비오틴 단백질 결합체를 중심으로 설명한다.Biotin attached proteins or genetic information materials are used to capture avidin or streptavidin or neutravidin using a strong affinity of biotin with avidin or streptavidin or neutravidin. Any other protein that binds to the biotin attached molecule will stay with the beads. This is due to the binding between avidin and biotin. Hereinafter, the binding of biotin to avidin will be described based on the biotin protein conjugate.

아비딘과 비오틴 사이의 결합을 살펴보면, 아비딘은 비오틴과 가장 강력한 결합력을 가지고 있다. 아비딘은 어떤 단백질과 그 리간드사이의 가장 강한 친화력으로 알려진 대략 10-15/M의 해리상수 KD를 갖는 비오틴과의 매우 강한 친화력을 나타낸다. 바이오케미칼 응용에서, 비오틴과 매우 강하게 결합하는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘(NeutrAvidin)은 종종 아비딘 대신으로 사용된다.Looking at the binding between avidin and biotin, avidin has the strongest binding force with biotin. Avidin shows a very strong affinity with biotin with a dissociation constant K D of approximately 10-15 / M, which is known as the strongest affinity between a protein and its ligand. In biochemical applications, streptavidin or neutravidin (NeutrAvidin), which bind very strongly with biotin, is often used in place of avidin.

비오틴에 대한 아비딘의 친화력은 특수 단백질 검출 검사(western blot), 병소 감염 진단테스트(ELIS, Aenzyme-linked immunosorbent assay), ELISPOT 및 풀다운 분석(pull-down assay)을 포함하는 광범위한 바이오케미컬 분석에 이용된다. 견고한 지지체에 고정된 아비딘은 또한 비오틴부착된 단백질 또는 핵산 분자를 포착하기 위해 정제 매체로서 사용된다. 예컨대, 셀 표면 단백질은 막 불투과성 비오틴 반응자와 특별하게 부착될 수 있고, 그 경우 아비딘 기초로 된 지지체를 사용하여 특별하게 포획될 수 있다.Avidin's affinity for biotin is used for a wide range of biochemical assays, including specialty protein detection assays (western blots), Aenzyme-linked immunosorbent assays (ELIS), ELISPOTs, and pull-down assays. . Avidin immobilized on a rigid support is also used as a purification medium to capture biotinylated proteins or nucleic acid molecules. For example, cell surface proteins may be specifically attached to membrane impermeable biotin responders, in which case they may be specifically captured using avidin based supports.

그리고 도 6을 참조하면 비드 라벨링 cDNA 또는 cRNA 획득단계(S127)에서는 마그네틱 비드 복합체에 결합되지 않은 비오틴 결합체를 씻겨 마그네틱 비드 부착된 cDNA 또는 cRNA를 획득한다. 도시되지 않았으나, 비오틴 단백질 결합체와 마그네틱 비드 복합체의 결합과정에서 결합되지 않은 비오틴 단백질 결합체를 씻겨내어 마그네틱 비드 부착된 단백질을 획득할 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하게 이해될 수 있다.In addition, referring to FIG. 6, in the bead labeling cDNA or cRNA acquisition step (S127), the biotin conjugate that is not bound to the magnetic bead complex is washed to obtain a magnetic bead attached cDNA or cRNA. Although not shown, it will be apparent to those skilled in the art that a non-binding biotin protein conjugate may be washed away to obtain a magnetic bead attached protein during the binding process of the biotin protein conjugate to the magnetic bead complex. Can be.

아비딘(avidin)이나 스트렙타비딘(streptavidin) 등의 비드(beads) 복합체는 비오틴 결합체의 현탁된 혼성(Hybridization) 완충제(Buffer)에 더해지고, 비오틴이 부착된 분자, 즉 DNA 또는 RNA의 물질은 마그네틱 비드와 결합하게 되며, 이 때 마그네틱 비드 복합체에 결합되지 않은 나머지 다른 비오틴 결합물질은 씻겨 내어 없앨 수 있다. Beads complexes, such as avidin or streptavidin, are added to suspended hybridization buffers of biotin conjugates, and biotinylated molecules, such as DNA or RNA, are magnetic It will bind to the beads, and the other biotin binding materials that are not bound to the magnetic bead complex can then be washed away.

결합되지 않은 비오틴 결합체를 씻겨 내어 마그네틱 비드 부착된 cDNA 또는 cRNA를 획득하게 된다.Unbound biotin conjugates are washed away to obtain magnetic bead attached cDNA or cRNA.

다음으로, 도 1을 참조하면, 마이크로어레이 혼성화단계(S200)에서는 준비된 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA를 미리 준비된 마이크로어레이에 혼성화시킨다. Next, referring to FIG. 1, in the microarray hybridization step (S200), the prepared protein or cDNA or cRNA is hybridized to a previously prepared microarray.

미리 준비되는 마이크로어레이는 여러 가지 방법에 의해 제작될 수 있다. 예컨대, 일반적으로 그 제작방법에 따라 네 가지로 분류할 수 있는데, 핀마이크로어레이, 잉크젯 프린팅 어레이, 광식각 칩, 전자 어레이 등이다. 핀마이크로어레이는 PCR을 통해 증폭된 유전자가 담겨져 있는 웰 플레이트(well plate)에서 유전자를 찍어서 마이크로어레이 슬라이드에 직접 찍는 방식이고, 잉크젯 방식은 유전자가 들어 있는, 잉크젯 프린터에서와 같은 카트리지를 사용하여 전기적인 힘으로 유전자를 마이크로어레이 슬라이드 위에 뿌리는 방식이고, 광식각 칩은 반도체 칩 제작에 사용되는 광식각 기술을 응용하여 염기들을 직접 합성하여 칩을 제조하는 방식 이고, 전자 어레이는 DNA의 음(-)전하 성질을 이용하여 원하는 유전자를 부착시키는 방법이다. Microarrays prepared in advance may be manufactured by various methods. For example, it can generally be classified into four types according to the manufacturing method, such as a pin microarray, an inkjet printing array, an optical etching chip, an electronic array, and the like. Pin microarray is a method of taking a gene from a well plate containing a gene amplified by PCR and directing it to a microarray slide. An inkjet method is performed by using a cartridge such as an inkjet printer containing a gene. Genetic spraying genes on microarray slides by optical force, photoetching chip is a method of manufacturing chips by directly synthesizing bases by applying photoetching technology used in semiconductor chip fabrication, and electron array is a negative (-) This is a method of attaching a desired gene using charge properties.

마이크로어레이는 칩 위에 부착되는 프로브(probe)의 종류에 따라서도 분류된다. 프로브는 칩 위에 부착되는 개개의 유전자나 EST를 의미한다. 프로브의 종류에 따라 단백질 칩이나 DNA 칩 등이 있고, DNA 칩의 경우 예컨대, cDNA 또는 올리고뉴클레오티드 칩으로 분류될 수 있다.Microarrays are also classified according to the type of probe attached to the chip. Probe refers to an individual gene or EST attached to a chip. Depending on the type of probe, there are protein chips, DNA chips, and the like, and DNA chips may be classified into, for example, cDNA or oligonucleotide chips.

미리 만들어진 마이크로어레이에 마그네틱 비드가 부착된 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA를 혼성화(hybridization)시키면 서로 상보적인 서열이 있는 부분에서 자성체를 자화시켜 자화정보를 파악할 수 있게 된다.Hybridization of proteins, cDNAs, or cRNAs with magnetic beads attached to pre-made microarrays enables magnetization of magnetic bodies in regions having complementary sequences to identify magnetization information.

도 1을 참조하면, 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 다음 단계인 자화단계(S300)에서는 혼성화된 마이크로어레이 상의 자성체인 마그네틱 비드를 자화시켜 정보를 읽어들인다. Referring to FIG. 1, in the magnetization step (S300), which is the next step of the microarray analysis method using magnetic beads, magnetized magnetic beads on a hybridized microarray are magnetized to read information.

바람직하게는 또 하나의 실시 예로써, 자화단계(S300)에서는 컴퓨터 하드디스크 헤드 방식을 이용하여 혼성화된 마이크로어레이 상의 마그네틱 비드를 자화시킨다. 컴퓨터 하드디스크의 헤드는 플래터 표면에 코팅된 자성체를 자화시켜 정보를 저장하고 저장된 정보를 읽어들이는데, 이러한 기술을 적용하여 마이크로어레이 상의 마그네틱 비드를 자화시켜 자화된 정보를 읽어들이게 된다. 컴퓨터 하드디스크 헤드 방식의 자화방법은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하게 이해될 수 있다. Preferably, as another embodiment, in the magnetization step (S300) to magnetize the magnetic beads on the hybridized microarray using a computer hard disk head method. The head of a computer hard disk magnetizes a magnetic substance coated on a platter surface to store information and read stored information. By applying this technique, the magnetic beads on a microarray are magnetized to read magnetized information. A computer hard disk head type magnetization method can be obvious to those skilled in the art.

도 8은 본 발명의 하나에 따른 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석의 개념도이다.8 is a conceptual diagram of a microarray analysis using magnetic beads according to one of the present invention.

본 발명에 따른 마이크로어레이 분석방법은 기존의 마이크로어레이 분석방법과 비슷하지만 cDNA에 형광물질을 부착하는 대신 마그네틱 비드, 바람직한 실시예로 아이언비드(Iron bead)를 부착하여 유전자별로 발현되는 RNA의 양을 하드디스크의 마그네틱 헤드로 파악하기 때문에 자동적으로 디지털화될 수 있고, 이에 따라 각각의 발현되는 RNA 양에 따른 별도의 이미지 변환 절차와 점수화 과정을 거치지 않아도 데이터베이스에 실시간으로 저장될 수 있다는 장점이 있다.The microarray analysis method according to the present invention is similar to the conventional microarray analysis method, but instead of attaching a fluorescent material to the cDNA, magnetic beads, preferred embodiments iron bead (iron bead) by attaching the amount of RNA expressed for each gene Since it can be identified as a magnetic head of the hard disk, it can be automatically digitized, and accordingly, it can be stored in a database in real time without undergoing a separate image conversion and scoring process according to each expressed RNA amount.

아래의 <표 1>은 마이크로어레이상의 마그네틱비드의 자화정보를 컴퓨터 하드디스크 헤드로 받아들인 정보테이블의 하나의 실시예를 나타낸다.Table 1 below shows one embodiment of an information table which receives magnetization information of magnetic beads on a microarray as a computer hard disk head.

[표 1] 마그네틱 헤드로 받아들인 정보테이블[Table 1] Information table accepted as magnetic head

Figure 112009020816178-pat00001
Figure 112009020816178-pat00001

<표 1>에서 각각의 9개의 숫자로 묶인 작은 사각형을 피쳐(Feature)라고 불리는 부분이다. 이 부분은 같은 유전자가 부착되어 있는 곳이다. 기존의 형광 표지법으로 분석한다면 9개의 숫자의 합이 높은 순서대로 형광의 세기가 크다. "0"은 아이언비드(Iron bead)가 붙은 cDNA와 혼성화(Hybridization)되지 않은 부분이고, "1"은 cDNA와 혼성화되었음을 의미한다. In Table 1, a small rectangle of nine numbers is called a feature. This is where the same gene is attached. If the conventional fluorescence labeling method is used, the intensity of fluorescence increases in order from the sum of nine numbers. "0" is a portion that is not hybridized with the cDNA attached to the iron bead (Iron bead), "1" means that it is hybridized with the cDNA.

유전자별로 검사횟수에 따른 숫자의 합으로 발현된 유전자의 점수화가 가능하고 다음의 <표 2>는 발현된 유전자의 점수화 테이블의 하나의 실시예를 나타낸다.It is possible to score genes expressed by the sum of the numbers according to the number of tests for each gene, and the following Table 2 shows an example of a scoring table of expressed genes.

[표 2] 발현된 유전자의 점수화 테이블TABLE 2 Scoring Table of Expressed Genes

횟수Number of times 1회1 time 2회Episode 2 3회3rd time 4회4 times 합계Sum a genea gene 33 00 1One 22 66 b geneb gene 22 22 33 22 99 c genec gene 66 66 22 44 1818 d gene d gene 88 77 66 88 2929 e genee gene 1One 00 22 1One 44 f gene f gene 22 33 33 44 1212 g geneg gene 55 44 88 66 2323

이와 같은 본 발명에 따른 마이크로어레이 분석 방법 및 시스템이 개발됨으로써 비싼 형광분석 스캐너를 사용하지 않고 현재의 고급화된 하드디스크 생산기술을 응용하여 저렴한 가격으로 마이크로어레이 분석이 가능한 스캐너의 생산이 가능할 것이다.By developing the microarray analysis method and system according to the present invention, it is possible to produce a scanner capable of microarray analysis at a low price by applying the current advanced hard disk production technology without using an expensive fluorescence analysis scanner.

그리고, 도 1을 참조하면, 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 마지막 단계인 유전자 분석단계(S400)에서는 전술한 자화단계(S300)에서 읽어들인 결과 값을 분석한다. 자화된 정보는 바람직하게는 디지털화되어 읽어 들여지게 되고, 디지털정보 값을 분석하게 된다. 예컨대, cDNA 마이크로어레이 자료의 일반적인 구조에 따라 유전자를 나타내는 행, 표본정보가 있는 열과 디지털화된 발현값으로 표현되어 분석될 수 있다.In addition, referring to FIG. 1, in the genetic analysis step S400, which is the last step of the microarray analysis method using magnetic beads, the resultant value read in the magnetization step S300 described above is analyzed. The magnetized information is preferably digitized and read, and the digital information value is analyzed. For example, according to the general structure of the cDNA microarray data, it can be expressed and analyzed as a row representing a gene, a column with sample information, and a digitized expression value.

바람직하게는 또 다른 하나의 실시 예로써, 도 2를 참조하면, 유전자 분석단계(S400)는 디지털화단계(S410) 및 디지털 분석단계(S420)를 포함하여 이루어진다.Preferably, as another embodiment, referring to FIG. 2, the genetic analysis step S400 includes a digitization step S410 and a digital analysis step S420.

디지털화단계(S410)에서는 자화단계(S300)에서 읽어들인 값을 디지털화하고, 디지털 분석단계(S420)에서는 디지털화된 결과 값을 분석한다.In the digitization step S410, the value read in the magnetization step S300 is digitized, and in the digital analysis step S420, the digitized result value is analyzed.

본 발명의 실시예에 따라, cDNA에 형광물질을 부착하는 대신 마그네틱 비드, 바람직하게는 아이언 비드(Iron bead)를 부착하여 유전자별로 발현되는 RNA의 양을 하드디스크의 마그네틱 헤드로 파악하기 때문에 자동적으로 디지털화된다. 따라서 각각의 발현되는 RNA 양에 따라서 별도의 이미지 변환 절차와 점수화 과정을 거치지 않아도 데이터베이스에 실시간으로 저장될 수 있다는 장점이 있다.According to the embodiment of the present invention, instead of attaching a fluorescent material to the cDNA, magnetic beads, preferably iron beads (Iron bead) by attaching the amount of RNA expressed by each gene is automatically identified as the magnetic head of the hard disk Digitized. Therefore, there is an advantage that can be stored in the database in real time without going through a separate image conversion and scoring process according to each expressed RNA amount.

또한, 바람직하게는 다른 실시 예로써, 도 3을 참조하면, 마이크로어레이 분석방법들에 있어서 유전자 분석단계(S400)는 결과 값에 대한 유전자 분석에 앞서 혼성화된 마이크로어레이 상에 포함된 노이즈를 처리하는 전처리 또는 표준화 단계(S399)를 더 포함하여 이루어진다. 본 전처리 또는 표준화 단계(S399)는 마이크로어레이 실험에서 발생하는 다양한 형태의 변이를 조정하기 위한 것이다. 마이크로어레이 자료에는 보통의 실험 자료에 비해 노이즈 또는 비 생물학적 변이가 많이 포함되어 있으며 또한 자료에 일정한 패턴을 보이는 경우가 많다. 특히 일정한 패턴을 지닌 노이즈는 분석 결과에서 치명적인 효과를 발휘할 수도 있으므로, DNA 마이크로어레이 자료를 분석하는데 있어 전처리 과정을 마련하거나 분석에서 노이즈를 고려하는 등으로 처리하여 노이즈를 제거하는 표준화과정을 거치게 된다. 표준화 방법으로는 통계적인 회귀모형을 이용하여 체계적으로 변이를 제거하는 방법이 널리 사용되고 있다.Also, in another embodiment, referring to FIG. 3, in the microarray analysis methods, the genetic analysis step S400 may be performed by processing noise included in the hybridized microarray prior to genetic analysis of the resultant value. It further comprises a pre-processing or standardization step (S399). This pretreatment or standardization step (S399) is to adjust the various types of variations that occur in the microarray experiment. Microarray data contain more noise or non-biological variation than normal experimental data, and often show a pattern in the data. In particular, since noise with a certain pattern may have a fatal effect on the analysis result, it is standardized to remove noise by preparing a pretreatment process in analyzing DNA microarray data or considering noise in the analysis. As a standardization method, a method of systematically removing mutations using a statistical regression model is widely used.

또한 더 바람직하게는, 도 4를 참조하면, 마이크로어레이 분석방법에 있어서 유전자 분석단계(S400)는, 도 3에 도시된 바와 같은 전처리 또는 표준화 단계(S399) 이후에, 유전자 탐색단계(S401a) 또는 군집분석단계(S401b)를 더 포함하 여 이루어진다.Also, more preferably, referring to FIG. 4, in the microarray analysis method, the gene analysis step S400 may be performed after the pretreatment or standardization step S399 as shown in FIG. 3. It further comprises a cluster analysis step (S401b).

유전자 탐색단계(S401a)에서는 다수 처리 그룹들 간에 다르게 발현되는 유전자를 찾는다. 그룹들 간에 다르게 발현되는 유전자를 찾는 하나의 예로, 암조직과 정상조직을 사용하여 칩 실험을 한 경우에 정상조직에 비하여 암조직에서 강하게 발현되는 유전자를 찾을 수 있고, 이러한 유전자가 암의 유발과 관련이 있는 유전자라는 것을 밝힐 수 있게 된다.In the gene search step (S401a) to find a gene that is expressed differently between a plurality of treatment groups. As an example of finding genes that are expressed differently between groups, when a chip experiment using cancer tissues and normal tissues is performed, genes that are strongly expressed in cancer tissues can be found compared to normal tissues. The genes that are related can be identified.

군집분석단계(S401b)에서는 발현패턴이 비슷한 유전자들의 군집을 찾는다. 군집분석을 통하여 기능이 잘 알려지지 않은 유전자의 기능을 밝혀낼 수 있다. In the cluster analysis step (S401b), a cluster of genes having similar expression patterns is found. Cluster analysis can reveal the function of a gene whose function is unknown.

본 발명의 다른 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 시스템을 살펴본다. 앞서 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 방법에서 설명된 바와 동일한 기능 및 작용 등에 대한 설명은 생략하기로 한다.It looks at the microarray analysis system using a magnetic bead of another one of the present invention. Description of the same functions and operations as described in the microarray analysis method using magnetic beads will be omitted.

도 7은 본 발명의 다른 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 시스템의 하나의 실시예를 나타내는 블럭도이다.Figure 7 is a block diagram showing one embodiment of a microarray analysis system using magnetic beads, which is another of the present invention.

도 7을 참조하면, 마이크로어레이 분석시스템의 하나의 실시예는 비드부착된 라이브러리 모듈(100), 마이크로어레이 혼성화부(200), 마그네틱비드 자화부(300) 및 유전자 분석부(400)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 7, one embodiment of the microarray analysis system includes a bead-attached library module 100, a microarray hybridization unit 200, a magnetic bead magnetization unit 300, and a genetic analysis unit 400. Is done.

비드부착된 라이브러리 모듈(100)은 마그네틱 비드 부착된 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리이고, 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA에 마그네틱 비드 부착하는 것은 전술한 마이크로어레이 분석방법의 실시예에서 설명된 바를 참조한다. The beaded library module 100 is a magnetic bead attached protein or cDNA or cRNA library, and magnetic bead attachment to the protein or cDNA or cRNA is described above in the Examples of Microarray Assay.

마이크로어레이 혼성화부(200)는 라이브러리 모듈(100)을 미리 준비된 마이크로어레이에 혼성화시킨다. 마이크로어레이 혼성화는 전술한 마이크로어레이 분석방법의 실시예에서 설명된 바를 참조한다. The microarray hybridization unit 200 hybridizes the library module 100 to a prepared microarray. Microarray hybridization refers to what has been described in the examples of the microarray analysis method described above.

마그네틱비드 자화부(300)는 마이크로어레이 혼성화부(200)에서 혼성화된 마이크로어레이 상의 자성체인 마그네틱 비드를 자화시킨다.The magnetic bead magnetizing unit 300 magnetizes magnetic beads, which are magnetic bodies on the microarray hybridized by the microarray hybridization unit 200.

바람직하게는 마그네틱 비드 자화부(300)는 컴퓨터 하드디스크 헤드 방식을 이용하여 혼성화된 마이크로어레이 상의 마그네틱 비드를 자화시킨다.Preferably, the magnetic bead magnetization unit 300 magnetizes the magnetic beads on the hybridized microarray using a computer hard disk head method.

유전자 분석부(400)는 마그네틱 비드 자화부(300)에서 자화시킨 정보를 읽어들이고 읽어들인 결과 값을 분석한다.The genetic analyzer 400 reads the information magnetized by the magnetic bead magnetizer 300 and analyzes the read result value.

자화된 정보는 바람직하게는 디지털화되어 읽어 들여지게 되고, 디지털정보 값을 분석하게 된다.The magnetized information is preferably digitized and read, and the digital information value is analyzed.

이상에서, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 또한 첨부된 도면 및 전술한 실시예들은 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 그러므로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 자명하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서 전술한 실시예들은 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 본 발명의 범위는 전술한 실시예들이 아닌 첨부된 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하고, 그 범위는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물을 포함하고 있다.In the above, with reference to the accompanying drawings, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. In addition, the accompanying drawings and the foregoing embodiments are described by way of example to help those skilled in the art to understand the present invention. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. The foregoing embodiments are, therefore, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense, and the scope of the present invention should be construed in accordance with the invention set forth in the appended claims rather than the foregoing embodiments, the scope of which is usually defined in the art. It includes various modifications, alternatives, and equivalents by those with knowledge of.

도 1은 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 하나의 실시 예에 따른 흐름도를 나타내고,Figure 1 shows a flow chart according to one embodiment of a microarray analysis method using a magnetic bead of the present invention,

도 2는 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 또 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고,Figure 2 shows a part of a flow chart according to another embodiment of a microarray analysis method using a magnetic bead of the present invention,

도 3은 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 다른 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고,Figure 3 shows a part of a flow chart according to another embodiment of a microarray analysis method using a magnetic bead of the present invention,

도 4는 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 또 다른 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고,Figure 4 shows a part of a flow chart according to another embodiment of a microarray analysis method using a magnetic bead of the present invention,

도 5는 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 다른 또 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고,Figure 5 shows a part of a flow chart according to another embodiment of a microarray analysis method using a magnetic bead of the present invention,

도 6은 본 발명의 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법의 더 다른 또 하나의 실시 예에 따른 흐름도의 일부를 나타내고,Figure 6 shows a part of a flow chart according to another embodiment of a microarray analysis method using a magnetic bead of the present invention,

도 7은 본 발명의 다른 하나인 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 시스템의 하나의 실시예를 나타내는 블럭도이고,7 is a block diagram showing one embodiment of a microarray analysis system using magnetic beads, which is another of the present invention;

도 8은 본 발명의 하나에 따른 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석의 개념도이다.8 is a conceptual diagram of a microarray analysis using magnetic beads according to one of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 참조부호의 설명 ><Description of reference numerals for the main parts of the drawings>

100 : 비드부착된 라이브러리 모듈 200 : 마이크로어레이 혼성화부100: bead attached library module 200: microarray hybridization unit

300 : 마그네틱비드 자화부 400 : 유전자 분석부300: magnetic bead magnetization unit 400: gene analysis unit

Claims (9)

마그네틱 비드(bead)를 부착시킨 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리를 준비하는 라이브러리 준비단계;A library preparation step of preparing a protein or cDNA or cRNA library to which magnetic beads are attached; 상기 준비된 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리를 미리 준비된 마이크로어레이에 혼성화시키는 마이크로어레이 혼성화단계; A microarray hybridization step of hybridizing the prepared protein or cDNA or cRNA library to a microarray prepared in advance; 상기 혼성화된 마이크로어레이 상의 자성체인 마그네틱 비드를 자화시켜 정보를 읽어들이는 자화단계; 및 A magnetization step of magnetizing the magnetic beads on the hybridized microarray to read information; And 상기 자화단계에서 읽어들인 결과 값을 분석하는 유전자 분석단계;를 포함하여 이루어지는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법.Genetic analysis step of analyzing the result value read in the magnetization step; Microarray analysis method using a magnetic bead comprising a. 청구항 1에 있어서, 상기 유전자 분석단계는:The method according to claim 1, wherein the genetic analysis step: 상기 읽어들인 값을 디지털화하는 디지털화단계; 및Digitizing the digitized value; And 상기 디지털화된 결과 값을 분석하는 디지털 분석단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법.And a digital analysis step of analyzing the digitized result value. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 자화단계는 컴퓨터 하드디스크 헤드 방식을 이용하여 상기 혼성화된 마 이크로어레이 상의 마그네틱 비드를 자화시키는 것을 특징으로 하는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법.The magnetizing step is a microarray analysis method using magnetic beads, characterized in that the magnetized magnetic beads on the hybridized microarray using a computer hard disk head method. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유전자 분석단계는,The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the genetic analysis step, 상기 결과 값에 대한 유전자 분석에 앞서 상기 혼성화된 마이크로어레이 상에 포함된 노이즈를 처리하는 전처리 또는 표준화 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법.And a pre-processing or normalizing step of processing noise included in the hybridized microarray prior to the genetic analysis of the resultant value. 청구항 4에 있어서, 상기 유전자 분석단계는,The method according to claim 4, wherein the genetic analysis step, 상기 전처리 또는 표준화 단계 이후에, 다수 처리 그룹들 간에 다르게 발현되는 유전자를 찾기 위한 유전자 탐색단계, 또는 After the pretreatment or normalization step, a gene search step for finding genes that are expressed differently among a plurality of treatment groups, or 발현패턴이 비슷한 유전자들의 군집을 찾기 위한 군집분석단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법.Microarray analysis method using magnetic beads, characterized in that further comprises a cluster analysis step for finding a cluster of similar genes. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 라이브러리 준비단 계는:The method of claim 1, wherein the library preparation step is: 표본에서 RNA 추출하여 cDNA 또는 cRNA를 합성하는 cDNA 또는 cRNA 합성단계; 및CDNA or cRNA synthesis step of synthesizing cDNA or cRNA by RNA extraction from the sample; And 합성된 cDNA 또는 cRNA에 마그네틱 비드를 부착하여 라벨링하는 라벨링단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법.Labeling step of attaching and labeling the magnetic beads on the synthesized cDNA or cRNA; Microarray analysis method using a magnetic bead comprising the. 청구항 6에 있어서, 상기 라벨링단계는:The method of claim 6, wherein the labeling step: cDNA 또는 cRNA에 비오틴(Biotin)을 부착시켜 비오틴 결합체를 준비하는 비오틸레이션 단계;biotinylation step of preparing biotin conjugates by attaching biotin to cDNA or cRNA; 마그네틱 비드와 아비딘 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 복합체를 준비하는 마그네틱 비드 복합체 준비단계;A magnetic bead complex preparation step of preparing a complex of magnetic beads with avidin or streptavidin or neutravidin; 비오틴 결합체와 마그네틱 비드 복합체를 혼성시켜 비오틴과 아비딘 또는 스트렙타비딘 또는 뉴트라비딘과의 결합을 이용하여 마그네틱 비드를 cDNA 또는 cRNA에 결합시키는 마그네틱 비드 결합단계; 및A magnetic bead binding step of hybridizing a biotin binder and a magnetic bead complex to bind magnetic beads to cDNA or cRNA by using a combination of biotin with avidin or streptavidin or neutravidin; And 마그네틱 비드 복합체에 결합되지 않은 비오틴 결합체를 씻겨 내어 마그네틱 비드 부착된 cDNA 또는 cRNA를 획득하는 비드 라벨링 cDNA 또는 cRNA 획득단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석방법.Obtaining a bead-labeled cDNA or cRNA to wash off the biotin conjugates not bound to the magnetic bead complex to obtain a magnetic bead attached cDNA or cRNA; Microarray analysis method using magnetic beads, characterized in that comprises a. 마그네틱 비드 부착된 단백질 또는 cDNA 또는 cRNA 라이브러리 모듈;Magnetic bead attached proteins or cDNA or cRNA library modules; 상기 라이브러리 모듈을 미리 준비된 마이크로어레이에 혼성화시키는 마이크로어레이 혼성화부; A microarray hybridization unit for hybridizing the library module to a prepared microarray; 상기 마이크로어레이 혼성화부에서 혼성화된 마이크로어레이 상의 자성체인 마그네틱 비드를 자화시켜는 마그네틱비드 자화부; 및 A magnetic bead magnetizing unit for magnetizing magnetic beads, which are magnetic bodies on the microarray hybridized by the microarray hybridizing unit; And 상기 마그네틱 비드 자화부에서 자화시킨 정보를 읽어들이고 읽어들인 결과 값을 분석하는 유전자 분석부;를 포함하여 이루어지는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 시스템.And a genetic analyzer for reading information magnetized by the magnetic bead magnetizer and analyzing the read result value. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8, 상기 마그네틱 비드 자화부는 컴퓨터 하드디스크 헤드 방식을 이용하여 상기 혼성화된 마이크로어레이 상의 마그네틱 비드를 자화시키는 것을 특징으로 하는 마그네틱 비드를 이용한 마이크로어레이 분석 시스템.The magnetic bead magnetizing unit magnetizing the magnetic beads on the hybridized microarray using a computer hard disk head method, the microarray analysis system using magnetic beads.
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