KR101910172B1 - Method for Detection of Food Poisoning Bacteria By Using Gene Amplification and Kit for Use in The Same Method - Google Patents

Method for Detection of Food Poisoning Bacteria By Using Gene Amplification and Kit for Use in The Same Method Download PDF

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Abstract

본 발명은 유전자 증폭 방법을 이용한 식중독 유발 세균의 검출 방법 및 이 방법에 사용되는 키트에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 시료로부터 핵산을 추출하고, 추출된 미량의 핵산을 WGA (Whole Genome Amplification) 반응을 통해 분자농축을 함으로써, 횟감으로 사용되는 생선에 오염된 미량의 식중독 유발 세균을 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 효과를 갖는다. The present invention relates to a method for detecting food poisoning-causing bacteria using a gene amplification method and a kit used in the method. The method of the present invention extracts a nucleic acid from a sample and concentrates the extracted small amount of nucleic acid through WGA (Whole Genome Amplification) reaction, thereby accurately and rapidly detecting a trace amount of food poisoning- It has an effect that can be detected.

Description

유전자 증폭 방법을 이용한 식중독 유발 세균의 검출 방법 및 이 방법에 사용되는 키트{Method for Detection of Food Poisoning Bacteria By Using Gene Amplification and Kit for Use in The Same Method} [Method for Detection of Food Poisoning Bacteria By Using Gene Amplification and Kit for Use in The Same Method}

본 발명은 유전자 증폭 방법을 이용한 식중독 유발 세균의 검출 방법 및 이 방법에 사용되는 키트에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 생선에 오염된 미량의 식중독 유발 세균을 분자농축방법 및 유전자 증폭 방법을 통해 신속 및 정확하게 검출하는 방법 및 이 방법에 사용되는 키트에 관한 것이다. The present invention relates to a method for detecting food poisoning-causing bacteria using a gene amplification method and a kit used in the method. More specifically, the present invention relates to a method for rapidly and accurately detecting a trace amount of food poisoning-causing bacteria contaminated with fish through a molecular concentration method and a gene amplification method, and a kit used in the method.

회와 같은 날것으로 섭취하는 경우가 많은 수산생물은 미량으로 오염된 미생물(박테리아, 바이러스 등)에 의해 식중독과 같은 질병을 유발하는 경우가 많다. 현재 식품공전에 따르면, 날것으로 섭취하는 생선과 같은 경우 식중독균과 같은 미생물을 검출하기 위해 생선 조직에서 채취한 미생물을 선택 배지에서 배양하여, 식중독균으로 추측되는 균을 분리한 후, 이를 생화학적 또는 면역학적 방법으로 확인하는 것이다. Aquatic organisms, which are often eaten raw, such as sashimi, often cause diseases such as food poisoning by microbes (bacteria, viruses, etc.) contaminated in trace amounts. According to the current Food Code, in the case of raw fish, in order to detect microorganisms such as food poisoning bacteria, microorganisms collected from fish tissues are cultured in a selective medium to isolate bacteria that are supposed to be food poisoning bacteria, and then biochemically or immunologically. It is to be confirmed by the academic method.

일반적인 면역학적 방법은 높은 정확도로 세균의 검출이 가능하지만, 미량 오염되어 있는 식중독균을 검출하기 위해서는 많은 양의 시료를 필요로 하고, 또한 각 미생물들에 특이적인 항체를 생산하기 위해서는 해당 세균의 정제, 항체 생산 또는 펩타이드 제작이 필수적이며 이에 따른 높은 항체 생산 비용이 요구된다. 여기에 단백질의 특성상 보관과 활용에 어려움이 많고, 한 번에 한 종류 또는 제한된 검출만이 가능한 경우가 많아 사용에 제약이 많으며, 세균의 배양 및 실험 단계에 있어서 긴 시간이 소모된다. Although general immunological methods can detect bacteria with high accuracy, a large amount of sample is required to detect food poisoning bacteria that are contaminated in trace amounts. In addition, in order to produce antibodies specific to each microorganism, purification of the bacteria, Antibody production or peptide production is essential, and thus high antibody production costs are required. Here, due to the nature of the protein, it is difficult to store and utilize it, and because there are many cases where only one type or limited detection is possible at a time, there are many restrictions on use, and a long time is consumed in the cultivation and experimentation of bacteria.

이러한 단점을 개선하기 위하여 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR) 방법을 이용한 각종 세균 검출 키트들이 연구 개발되기 시작하였다. 중합효소연쇄반응 방법을 이용한 검출 키트들은 높은 정확성과 간편성, 신속성 때문에 각종 분야에서 날로 그 수요가 증가하고 있다. 특히, 최근 많이 사용되고 있는 실시간(Real-Time) 중합효소연쇄반응(PCR) 방법은 핵산의 증가를 중합효소연쇄반응 주기 마다 실시간으로 관찰하는 방법으로, 중합효소연쇄반응 증폭 산물과 반응하는 형광 물질의 검출과 정량으로 해석하는 방법이다. 이 방법은 정확도 및 민감도가 뛰어나며, 재현율이 높고, 자동화가 가능하며, 결과를 수치화할 수 있고, 신속하고 간편하며, EtBr(Ethidium Bromide)과 같은 핵산 염색물질에 의한 오염 및 자외선 조사 등의 인체 유해물질에 덜 노출되는 장점이 있고, 자동으로 특이 유전자의 증폭 유무를 확인할 수 있다는 장점이 있다. 또한 실시간 중합효소연쇄반응 방법을 통해 엔트 포인트(end-point) 중합효소연쇄반응 또는 항원/항체 반응과 같은 정성적인 결과가 아닌 높은 특이도를 갖는 정량적인 결과를 확인할 수 있다. 또한 형광 표지 인자로 표지된 프로브를 이용하기 때문에 DNA 칩이나 항원/항체반응에 사용되는 시료의 양 보다 적은 양의 시료로도 결과를 확인할 수 있다. In order to improve these shortcomings, research and development of various bacterial detection kits using a polymerase chain reaction (PCR) method have begun. Detection kits using the polymerase chain reaction method are increasingly in demand in various fields due to their high accuracy, simplicity, and rapidity. In particular, the Real-Time Polymerase Chain Reaction (PCR) method, which has been widely used in recent years, is a method of observing the increase of nucleic acids in real time every polymerase chain reaction cycle. It is a method of interpretation by detection and quantification. This method has excellent accuracy and sensitivity, has high reproducibility, can be automated, can quantify results, is quick and simple, and is harmful to humans such as contamination by nucleic acid dyeing materials such as EtBr (Ethidium Bromide) and UV irradiation. It has the advantage of being less exposed to the substance, and has the advantage of being able to automatically check the presence or absence of amplification of a specific gene. In addition, through the real-time polymerase chain reaction method, it is possible to confirm quantitative results with high specificity rather than qualitative results such as end-point polymerase chain reaction or antigen/antibody reaction. In addition, since a probe labeled with a fluorescent labeling factor is used, the result can be confirmed with a sample of less than the amount of the sample used for the DNA chip or antigen/antibody reaction.

그러나, 미량 오염되어 있는 미생물에서 중합효소연쇄반응 방법을 통해 측정을 하기 위해서는 오염된 미생물의 양이 많거나, 검출이 가능할 정도의 균주 수로 증가하기 위한 시간을 필요로 하게 된다. 수산생물의 특성상 시료의 양이 적고 날것을 섭취하는 특성 상 배양을 통한 시간을 보내는 것은 식중독균과 같은 오염균을 검출의 목적에 맞지 않으므로 신속하고 효율적인 추출과 이를 보완할 수 있는 농축방법을 필요로 하며 이를 전체적으로 검출하여 진단할 수 있는 시스템을 필요로 하게 된다. However, in order to measure through the polymerase chain reaction method in micro-contaminated microbes, the amount of contaminated micro-organisms is large, or it takes time to increase the number of strains that can be detected. Due to the nature of aquatic organisms, the amount of samples is small and spending time through cultivation is not suitable for the purpose of detecting contaminants such as food poisoning bacteria. There is a need for a system that can detect and diagnose this as a whole.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Throughout this specification, a number of papers and patent documents are referenced and citations are indicated. The disclosure contents of the cited papers and patent documents are incorporated by reference in this specification as a whole, and the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly described.

대한민국 등록특허 제10-1299627호Korean Patent Registration No. 10-1299627 대한민국 등록특허 제10-0919261호Korean Patent Registration No. 10-0919261 대한민국 등록특허 제10-1100932호Korean Patent Registration No. 10-1100932

본 발명자들은 유전자 진단 방식에 기초하여 생선과 같은 식품에 미량 존재하는 식중독 유발 세균을 검출하는 방법 및 시스템을 개발하기 위해 연구 노력하였다. 그 결과, 생선과 같은 식품에 미량 존재하는 식중독 유발 세균의 핵산을 효과적으로 추출하고 분자농축한 후에 이를 실시간(real-time) 중합효소연쇄반응을 이용하여 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다. The present inventors have made research efforts to develop a method and system for detecting food poisoning-causing bacteria present in trace amounts in foods such as fish based on a genetic diagnosis method. As a result, by developing a method that can quickly and accurately detect the nucleic acids of food poisoning-causing bacteria that are present in foods such as fish in trace amounts, and after molecular concentration, real-time polymerase chain reaction can be used. The invention was completed.

따라서, 본 발명의 목적은 유전자 증폭 방법을 이용하여 식중독 유발 세균을 검출하는 방법을 제공하는 데에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for detecting food poisoning-causing bacteria using a gene amplification method.

본 발명의 다른 목적은 식중독 유발 세균을 검출하기 위한 용도의 실시간 중합효소연쇄 반응용 키트를 제공하는 데에 있다. Another object of the present invention is to provide a kit for real-time polymerase chain reaction for detecting food poisoning-causing bacteria.

본 발명의 목적 및 장점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description, claims, and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 유전자 증폭 방법을 이용하여 식중독 유발 세균을 검출하는 방법을 제공한다: According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for detecting food poisoning-causing bacteria using a gene amplification method comprising the following steps:

(a) 검출 대상 식중독 유발 세균을 용해시킨 후 상기 검출 대상 세균의 핵산을 자성 비드(magnetic bead)에 결합시키는 단계; (a) dissolving the bacteria causing food poisoning to be detected, and then binding the nucleic acids of the bacteria to be detected to magnetic beads;

(b) 상기 핵산이 결합된 자성 비드를 세척하여 오염물질을 제거하는 단계; (b) washing the magnetic beads to which the nucleic acid is bound to remove contaminants;

(c) 상기 핵산이 결합된 자성 비드로부터 핵산을 용출시키는 단계; (c) eluting the nucleic acid from the magnetic beads to which the nucleic acid is bound;

(d) 상기 용출된 핵산을 분자 농축하는 단계; 및 (d) molecularly concentrating the eluted nucleic acid; And

(e) 상기 분자 농축된 핵산에 대해 실시간(real-time) 유전자 증폭를 행하는 단계. (e) performing real-time gene amplification on the molecularly-enriched nucleic acid.

이하에서 본 발명의 방법을 각 단계별로 나누어 상세히 설명한다. Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail by dividing it into each step.

단계 (a): 검출 대상 식중독 유발 세균을 용해시킨 후 상기 검출 대상 세균의 핵산을 자성 비드(magnetic bead)에 결합시키는 단계 Step (a): After dissolving the bacteria causing food poisoning to be detected, the nucleic acid of the bacteria to be detected is bound to magnetic beads.

본 발명의 방법에서 먼저 검출 대상 식중독 유발 세균을 용해시켜 지놈 핵산을 세포로부터 빠져나오도록 유도한다. 본 발명에서 상기 식중독 유발 세균은 예를 들어 비브리오속(Vibrio spp.)세균, 황색포도상구균((Staphylococcus aureus), 살모넬라속(Salmonella spp.)세균, 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes)를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서 검출 대상 시료는 상기 식중독 유발 세균이 감염되었을 것으로 추정되는 시료이며, 예컨대 혈액 또는 생선일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. In the method of the present invention, first, the detection target food poisoning-causing bacteria is dissolved to induce the genomic nucleic acid to escape from the cell. In the present invention, the food poisoning-causing bacteria include, for example, Vibrio spp., Staphylococcus aureus, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes. In the present invention, the sample to be detected is a sample estimated to have been infected with the food poisoning-causing bacteria, and may be, for example, blood or fish, but is not limited thereto.

본 발명에서 검출 대상 세균을 용해시키는데 사용하는 용해 완충액(lysis buffer)는 Chaotropic reagent, 계면활성제(detergent), EDTA 및 트리스(Tris)를 포함한다. 상기 Chaotropic reagent는 예를 들어 구아니딘 티오시아네이트(guanidine thiocyanate) 또는 구아니딘 하이드로클로라이드(guanidine hydrochloride)를 포함한다. 상기 계면활성제(detergent)로는 Triton X-100, zwitterionic detergent, 또는 CHAPS를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The lysis buffer used to dissolve the bacteria to be detected in the present invention includes a Chaotropic reagent, a surfactant, EDTA, and Tris. The Chaotropic reagent includes, for example, guanidine thiocyanate or guanidine hydrochloride. Triton X-100, zwitterionic detergent, or CHAPS may be used as the surfactant, but is not limited thereto.

상기 세포가 용해된 용액에 핵산에 결합할 수 있는 자성 비드를 첨가하여, 핵산과 자성 비드와의 결합을 유도한다. 핵산과 자성 비드와 반응시켜 핵산을 자성 비드에 결합시킨 후 핵산이 결합된 자성 비드를 용액으로부터 분리한다. 자성 비드의 분리는 자성 비드에 자기장을 가하여 자성 비드를 고정시킨 후 자성 비드로부터 용액을 제거하여 행할 수 있다. Magnetic beads capable of binding to nucleic acids are added to the solution in which the cells are dissolved, thereby inducing binding of the nucleic acids to the magnetic beads. The nucleic acid is reacted with the magnetic beads to bind the nucleic acid to the magnetic beads, and the magnetic beads to which the nucleic acids are bound are separated from the solution. Separation of the magnetic beads may be performed by applying a magnetic field to the magnetic beads to fix the magnetic beads and then removing the solution from the magnetic beads.

단계 (b): 상기 핵산이 결합된 자성 비드를 세척하여 오염물질을 제거하는 단계 Step (b): removing contaminants by washing the magnetic beads to which the nucleic acid is bound

상기 핵산이 결합된 자성 비드를 용액으로부터 분리한 후 자성 비드에 결합된 오염물질을 세척한다. 상기 오염물질의 세척은 세척 완충액(washing buffer)를 사용하여 행한다. 상기 세척 완충액은 에탄올, 이소프로판올 및 염(salt) 중 하나 이상의 성분을 포함한다. After separating the magnetic beads to which the nucleic acid is bound from the solution, the contaminants bound to the magnetic beads are washed. Washing of the contaminants is performed using a washing buffer. The wash buffer contains one or more components of ethanol, isopropanol and salt.

단계 (c): 상기 핵산이 결합된 자성 비드로부터 핵산을 용출시키는 단계 Step (c): eluting the nucleic acid from the magnetic beads to which the nucleic acid is bound

상기한 바와 같이 핵산이 결합된 자성 비드를 세척 완충액을 사용하여 세척한 후 자성 비드로부터 핵산을 분리하여 용출시킨다. 상기 핵산의 용출은 용출 완충액(elution buffer)을 사용하여 행한다. As described above, the magnetic beads to which the nucleic acids are bound are washed with a washing buffer, and then the nucleic acids are separated from the magnetic beads and eluted. The nucleic acid is eluted using an elution buffer.

단계 (d): 상기 용출된 핵산을 분자 농축하는 단계 Step (d): molecularly concentrating the eluted nucleic acid

상기 용출된 핵산의 분자 농축은 WGA (Whole Genome Amplification) 방법을 통해 진행한다. 본 발명에서 분자 농축을 위해 사용되는 WGA는 PCR 기반 WGA 방법과 MDA (Multiple Displacement Amplification) 방법을 모두 포함하며, 보다 바람직하게는 MDA 기반 방법을 통한 분자 농축을 사용한다. 본 발명의 상기 핵산의 분자 농축을 위한 WGA 방법에서는 거대분자군집(macromolecular crowding) 효과를 나타내는 물질을 첨가하여 WGA를 수행할 수 있다. 상기 거대분자군집(macromolecular crowding) 효과를 나타내는 물질은 예컨대 PEG (polyethylene glycol)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. Molecular concentration of the eluted nucleic acid is carried out through the WGA (Whole Genome Amplification) method. The WGA used for molecular enrichment in the present invention includes both a PCR-based WGA method and a Multiple Displacement Amplification (MDA) method, and more preferably, molecular enrichment through an MDA-based method is used. In the WGA method for molecular concentration of nucleic acids of the present invention, WGA may be performed by adding a substance exhibiting a macromolecular crowding effect. The material exhibiting the macromolecular crowding effect may be, for example, polyethylene glycol (PEG), but is not limited thereto.

단계 (e): 상기 분자 농축된 핵산에 대해 실시간(real-time) 유전자 증폭를 행하는 단계 Step (e): performing real-time gene amplification on the molecularly-enriched nucleic acid

상기 분자 농축된 핵산에 대해 이를 주형으로 하여 실시간 유전자 증폭을 행하여 검출 대상 세균의 존재 여부를 진단한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명에서 비브리오속(Vibrio spp.)세균, 황색포도상구균((Staphylococcus aureus), 살모넬라속(Salmonella spp.)세균, 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes)를 검출하는 경우 서열번호 1 - 36에 개시된 프라이머 및 프로브를 사용한 TaqMan 방식의 실시간(real-time) 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction)을 행하여 실시한다. The molecularly-enriched nucleic acid is subjected to real-time gene amplification using this as a template to diagnose the presence or absence of a target bacterium. According to an embodiment of the present invention, in the present invention, Vibrio spp., Staphylococcus aureus, Salmonella spp., Listeria monocytogenes are detected in the present invention. In this case, a real-time polymerase chain reaction of the TaqMan method using the primers and probes disclosed in SEQ ID NOs: 1-36 is carried out.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 프라이머 - 프로브 세트 중 어느 하나 이상의 세트를 포함하는 식중독 유발 세균인 비브리오속(Vibrio spp.)세균, 황색포도상구균((Staphylococcus aureus), 살모넬라속(Salmonella spp.)세균, 또는 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes)를 검출하기 위한 용도의 실시간 중합효소연쇄 반응용 키트를 제공한다: According to another aspect of the present invention, the present invention provides a food poisoning-causing bacterium, Vibrio spp. bacteria, Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus), Salmonella genus ( Salmonella spp.) provides a real-time polymerase chain reaction kit for detecting bacteria or Listeria monocytogenes:

서열번호 1, 2 및 3으로 이루어지는 제1의 프라이머 - 프로브 세트; A first primer consisting of SEQ ID NOs: 1, 2 and 3-a probe set;

서열번호 4, 5 및 6으로 이루어지는 제2의 프라이머 - 프로브 세트; A second primer consisting of SEQ ID NOs: 4, 5 and 6-a probe set;

서열번호 7, 8 및 9으로 이루어지는 제3의 프라이머 - 프로브 세트; A third primer consisting of SEQ ID NOs: 7, 8 and 9-probe set;

서열번호 10, 11 및 12으로 이루어지는 제4의 프라이머 - 프로브 세트; A fourth primer consisting of SEQ ID NOs: 10, 11 and 12-probe set;

서열번호 13, 14 및 15으로 이루어지는 제5의 프라이머 - 프로브 세트; A fifth primer consisting of SEQ ID NOs: 13, 14 and 15-probe set;

서열번호 16, 17 및 18으로 이루어지는 제6의 프라이머 - 프로브 세트; A sixth primer consisting of SEQ ID NOs: 16, 17 and 18-probe set;

서열번호 19, 20 및 21으로 이루어지는 제7의 프라이머 - 프로브 세트; A seventh primer consisting of SEQ ID NOs: 19, 20 and 21-probe set;

서열번호 22, 23 및 24으로 이루어지는 제8의 프라이머 - 프로브 세트; An eighth primer consisting of SEQ ID NOs: 22, 23 and 24-probe set;

서열번호 25, 26 및 27으로 이루어지는 제9의 프라이머 - 프로브 세트; A ninth primer consisting of SEQ ID NOs: 25, 26 and 27-a probe set;

서열번호 28, 29 및 30으로 이루어지는 제10의 프라이머 - 프로브 세트; A tenth primer consisting of SEQ ID NOs: 28, 29 and 30-probe set;

서열번호 31, 32 및 33으로 이루어지는 제11의 프라이머 - 프로브 세트; 및 An eleventh primer consisting of SEQ ID NOs: 31, 32 and 33-a probe set; And

서열번호 34, 35 및 36으로 이루어지는 제12의 프라이머 - 프로브 세트. The twelfth primer-probe set consisting of SEQ ID NOs: 34, 35 and 36.

본 명세서에서 사용되는 용어 "프라이머(primer)" 는 핵산 증폭 반응시에 증폭되는 타깃 핵산 부위의 5'-말단 서열 또는 3'-말단 서열에 각각 상보적이며 적합한 온도에서 적합한 완충액 내에서 적합한 조건(즉, 4종의 다른 뉴클레오사이드 트리포스페이트 및 중합반응 효소)하에서 주형-지시 핵산의 중합효소반응의 개시점으로 작용할 수 있는 단일-가닥의 올리고뉴클레오타이드를 의미한다. As used herein, the term "primer" is complementary to the 5'-end sequence or the 3'-end sequence of the target nucleic acid site to be amplified during the nucleic acid amplification reaction, and in a suitable buffer at a suitable temperature ( That is, it means a single-stranded oligonucleotide capable of serving as an initiation point of a polymerase reaction of a template-indicating nucleic acid under four different nucleoside triphosphates and polymerase).

본 명세서에서 사용되는 용어 "프로브(probe)" 는 단일쇄 핵산 분자이며, 타깃이 되는 염기서열에 상보적인 서열을 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 프로브의 이점, 즉 혼성화 특이성이 손상되지 않는 범위내에서 본 발명의 프로브를 변형할 수 있다. 예를 들어, 리포터(reporter) 형광물질 또는 형광억제물질(quencher)이 프로브 올리고뉴클레오타이드의 말단에 태깅(tagging) 될 수 있다. The term "probe" as used herein is a single-stranded nucleic acid molecule, and includes a sequence complementary to a target nucleotide sequence. According to an embodiment of the present invention, the probe of the present invention can be modified within a range in which the advantages of the probe of the present invention, that is, hybridization specificity, are not impaired. For example, a reporter fluorescent substance or a fluorescent inhibitor (quencher) may be tagged to the end of the probe oligonucleotide.

본 발명의 실시간 중합효소연쇄반응에서 프로브는 프라이머쌍에 의해 증폭되는 염기서열 내부의 일부 서열에 상보적으로 결합할 수 있는 프로브를 사용한다. In the real-time polymerase chain reaction of the present invention, the probe uses a probe capable of complementarily binding to a partial sequence inside a nucleotide sequence amplified by a primer pair.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 본 발명의 실시간 중합효소연쇄반응(PCR)에 사용되는 프로브의 5'-말단 및 3'-말단에는 리포터-형광물질 또는 형광억제물질(quencher)이 태깅되어 있을 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, a reporter-fluorescent material or a fluorescence inhibitor (quencher) is tagged at the 5'-end and 3'-end of the probe used in the real-time polymerase chain reaction (PCR) of the present invention. I can.

본 발명의 방법에서 다양한 DNA 중합효소가 증폭 반응에 이용될 수 있으며, 바람직하게는, DNA 중합효소는 다양한 박테리아 종으로부터 얻을 수 있는 열안정성 DNA 중합효소이다. 이는 Thermus aquaticus(Taq), Thermus thermophilus(Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis, 및 Pyrococcus furiosus(Pfu)를 포함한다. In the method of the present invention, various DNA polymerases can be used in the amplification reaction, and preferably, the DNA polymerase is a thermostable DNA polymerase that can be obtained from various bacterial species. These include Thermus aquaticus (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis, and Pyrococcus furiosus (Pfu).

한편, 유전자 증폭 반응을 실시할 때, 반응 용기에 반응에 필요한 성분들을 과량으로 제공하는 것이 바람직하다. 증폭 반응에 필요한 성분들의 과량은, 증폭반응이 성분의 농도에 실질적으로 제한되지 않는 정도의 양을 의미한다. Mg2+와 같은 조인자, dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP를 소망하는 증폭 정도가 달성될 수 있을 정도로 반응 혼합물에 제공하는 것이 요구된다. 증폭 반응에 이용되는 모든 효소들은 동일한 반응 조건에서 활성 상태일 수 있다. 사실, 완충액은 모든 효소들이 최적의 반응 조건에 근접하도록 한다. 따라서 본 발명의 증폭과정은 반응물의 첨가와 같은 조건의 변화 없이 단일 반응물에서 실시될 수 있다. On the other hand, when carrying out the gene amplification reaction, it is preferable to provide an excess amount of components necessary for the reaction in the reaction vessel. The excessive amount of components required for the amplification reaction means an amount such that the amplification reaction is not substantially limited to the concentration of the component. Cofactors such as Mg2+, dATP, dCTP, dGTP and dTTP are required to be provided to the reaction mixture to the extent that the desired degree of amplification can be achieved. All enzymes used in the amplification reaction may be active under the same reaction conditions. In fact, the buffer allows all enzymes to approach optimal reaction conditions. Therefore, the amplification process of the present invention can be carried out in a single reactant without changing conditions such as addition of reactants.

본 발명의 다른 바람직한 구현예에 의하면, 상기 키트는 완충액, DNA 중합효소, DNA 중합 효소 조인자 및 dNTPs를 더욱 포함한다. According to another preferred embodiment of the present invention, the kit further comprises a buffer solution, a DNA polymerase, a DNA polymerase cofactor, and dNTPs.

본 발명의 키트는 선택적으로, 핵산 증폭에 필요한 시약, 예컨대, 완충액, DNA 중합효소 (예컨대, Thermus aquaticus (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis 또는 Pyrococcus furiosus (Pfu)로부터 수득한 열 안정성 DNA 중합효소), DNA 중합 효소 조인자 및 dNTPs를 포함할 수 있다. The kit of the present invention optionally includes reagents necessary for nucleic acid amplification, such as buffers, DNA polymerases (e.g., Thermus aquaticus (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis or Pyrococcus furiosus (Pfu)). Thermostable DNA polymerase obtained from), DNA polymerase cofactors, and dNTPs.

본 발명의 키트는 상기한 시약 성분을 포함하는 다수의 별도 패키징 또는 컴파트먼트로 제작될 수 있다.The kit of the present invention may be manufactured in a number of separate packaging or compartments including the reagent components described above.

본 발명은 유전자 증폭 방식을 이용한 식중독 유발 세균의 검출 방법 및 이에 사용되는 키트에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 시료로부터 핵산을 추출하고, 추출된 미량의 핵산을 WGA (Whole Genome Amplification) 반응을 통해 분자농축을 함으로써, 횟감으로 사용되는 생선에 오염된 미량의 식중독 유발 세균을 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 효과를 갖는다.The present invention relates to a method for detecting food poisoning-causing bacteria using a gene amplification method and a kit used therefor. The method of the present invention extracts a nucleic acid from a sample and molecularly concentrates the extracted trace amount of nucleic acid through a WGA (Whole Genome Amplification) reaction, thereby accurately and quickly removing trace amounts of food poisoning-causing bacteria contaminated with fish used as raw fish It has a detectable effect.

도 1a은 본 발명에 사용되는 핵산 추출 방법의 모식도를 그린 그림이다.
도 1b는 제조사별 자성 입자를 사용하여 핵산을 추출한 결과를 보여준다.
도 2는 용해 (lysis) 완충액의 양에 따른 핵산 추출 양의 차이를 아가로스 젤 (agarose gel) 전기영동 실험을 통해 비교한 그림이다.
도 3은 대조군과 실험군의 핵산 추출 정도를 나노드롭 분광광도계 (nanodrop spectrophotometer) 측정 값을 통해 비교한 표이다. 대조군은 기존의 컬럼 타입(column type)의 핵산 추출 방법이며, 실험군은 자성 비드 타입(magnetic bead type)의 핵산 추출 방법을 사용한 결과이다.
도 4는 도 3에서 측정한 대조군과 실험군의 핵산 추출 정도를 아가로스 젤(agarose gel) 전기영동 실험을 통해 비교해 놓은 그림이다. 흡광도 값을 통해 나타나는 것과 달리 실험군의 핵산 양이 많은 것으로 나타났으며, 이는 핵산 추출 용액 내 흡광값에 영향을 주는 물질이 대조군에 비해 실험군 내에 상대적으로 적게 오염된 것으로 확인된다.
도 5는 자성 나노입자(magnetic nano-particle)와 결합한 핵산을 용출시키기 위해 용출(elution) 완충액을 넣고 용출에 필요한 시간을 확인한 아가로스 젤(agarose gel) 전기영동 실험 결과를 보여주는 그림이다.
도 6은 자성 나노입자(magnetic nano-particle)와 결합한 핵산을 용출시키기 위해 용출(elution) 완충액을 넣고 용출에 필요한 시간을 확인한 나노드롭 분광광도계(nano-drop spectrophotometer) 측정값을 나타낸 표이다.
도 7은 추출한 핵산의 품질을 비교하기 위해 다른 제품과 동일한 조건에서 핵산을 추출한 후 나노-드롭 분광광도계(nano-drop spectrophotometer) 측정값을 기준으로 25ng씩을 아가로스 젤(agarose gel) 전기영동 실험을 하여 비교한 그림이다.
도 8은 도 7에서 사용한 핵산의 품질을 비교하기 위해 멀티플렉스(multiplex) 중합효소연쇄반응 실험방법을 이용하여 비교한 그림이다.
도 9는 핵산의 양이 정량된 인간 지놈 DNA (human genomic DNA)를 대조군으로 사용하여 회사별로 추출한 핵산의 정량 값을 실시간유전자증폭 실험 기법을 이용하여 실험한 결과를 나타낸 그림이다.
도 10은 분자농축에 사용되는 MDA (Multiple Displacement Amplification) 기법을 설명하여 주는 모식도이다.
도 11은 Picogreen 정량분석을 통해 미량의 미생물에서 추출한 핵산의 양을 정량한 결과이다.
도 12는 Crowding reagent를 이용한 WGA 테스트에 대한 결과자료이다. 30분 반응시킨 후 아가로스 젤(agarose gel)에 전기영동 한 결과이다.
도 13은 PEG 유무에 따른 WGA 반응에 주는 영향을 실시간유전자증폭 방법을 통해 측정한 결과이다. 추출한 핵산을 순차 희석하고 PEG 유무에 따른 핵산 증가량을 확인한 결과이다.
도 14는 유해균에서 추출한 핵산을 실시간유전자증폭 진단키트에서 테스트한 결과를 나타낸 그림이다. 1/10의 양으로 순차적 희석을 통해 추출한 핵산을 희석하고 이를 주형으로 하여 실시간유전자증폭을 진행한 결과이다.
도 15는 유해균에서 추출한 핵산을 해당 진단 키트 SET A에 테스트한 결과로, 비브리오(Vibrio) 균과 살모넬라(Salmonella) 균만을 검출하는 것을 보여주는 결과이다.
도 16은 유해균에서 추출한 핵산을 해당 진단 키트 SET B에 테스트한 결과로, 포도상구균(Staphylococcus)과 리스테리아(Listeria) 균만을 검출하는 것을 보여주는 결과이다.
도 17은 분자농축을 통해 증폭시킨 핵산을 통해 미량의 핵산에서 단 시간내에 측정이 가능함을 나타내는 결과이다. 분자농축에 사용된 핵산은 도 15와 16에 사용된 핵산의 1/200 양을 사용하였고, 나타난 결과는 Ct값을 기준으로 유사한 결과를 나타내는 그림이다.
도 18a 및 도 18b는 분자농축의 효율을 비교한 것으로 DNA는 추출한 핵산만을, normal WGA는 기존에 판매하는 WGA 키트를 사용하여 분자농축 한 결과, enhanced WGA는 PEG를 사용하여 분자농축을 진행한 결과중 하나이다. DNA만을 사용한 경우 보다 WGA를 진행한 것이, 일반 WGA결과 보다 PEG을 사용한 enhance WGA의 Ct 값이 더 앞당겨지는 것을 알 수 있으며 효과적으로 분자농축이 가능함을 보여주는 결과이다.
도 19는 식중독균 검출을 위해 개발한 분자진단키트와 분자 농축을 통해 나타난 검출 시간 단축을 보여주는 결과로, DNA는 추출한 핵산만을 사용한 결과를, WGA는 판매하는 WGA를 사용하여 분자농축을 진행한 결과이며, eWGA는 enhanced WGA를 나타내는 결과이다. 반응에 사용된 핵산의 양은 동일하며, 실시간(real-time) PCR에 들어가는 핵산의 양은 일정하고 분자농축에 의해 단시간 내에 검출이 가능함을 보이는 결과이다.
도 20은 UDG 시스템을 반응 시약에 적용하여 이전 반응물(U+T PCR product)가 반응에 영향을 미치지 않게 반응액 내에서 제거되어 더 이상 반응되지 않는 것을 보여주는 결과이다.
1A is a diagram showing a schematic diagram of a nucleic acid extraction method used in the present invention.
1B shows the results of extracting nucleic acids using magnetic particles for each manufacturer.
2 is a diagram comparing the difference in the amount of nucleic acid extraction according to the amount of lysis buffer through an agarose gel electrophoresis experiment.
Figure 3 is a table comparing the nucleic acid extraction degree of the control group and the experimental group through a nanodrop spectrophotometer measurement value. The control group is a conventional column type nucleic acid extraction method, and the experimental group is a result of using a magnetic bead type nucleic acid extraction method.
FIG. 4 is a diagram comparing the nucleic acid extraction levels of the control group and the experimental group measured in FIG. 3 through an agarose gel electrophoresis experiment. Unlike the absorbance value, it was found that the amount of nucleic acid in the experimental group was large, and it was confirmed that substances that affect the absorbance value in the nucleic acid extraction solution were relatively less contaminated in the experimental group than in the control group.
FIG. 5 is a diagram showing the results of an agarose gel electrophoresis experiment in which an elution buffer was added to elute the nucleic acid bound to magnetic nano-particles and the time required for elution was confirmed.
6 is a table showing measured values of a nano-drop spectrophotometer in which an elution buffer was added to elute a nucleic acid bound to a magnetic nano-particle, and the time required for elution was checked.
FIG. 7 shows an agarose gel electrophoresis experiment of 25 ng each based on the measured value of a nano-drop spectrophotometer after extracting the nucleic acid under the same conditions as other products in order to compare the quality of the extracted nucleic acid. This is the picture compared.
8 is a diagram for comparison using a multiplex polymerase chain reaction experiment method in order to compare the quality of the nucleic acid used in FIG. 7.
9 is a diagram showing the results of an experiment using a real-time gene amplification experiment technique for the quantification value of the nucleic acid extracted for each company using human genomic DNA, in which the amount of nucleic acid was quantified, as a control.
10 is a schematic diagram illustrating a Multiple Displacement Amplification (MDA) technique used for molecular concentration.
11 is a result of quantifying the amount of nucleic acid extracted from a trace amount of microorganisms through Picogreen quantitative analysis.
12 is a result of the WGA test using a Crowding reagent. This is the result of electrophoresis on an agarose gel after reacting for 30 minutes.
13 is a result of measuring the effect on the WGA response according to the presence or absence of PEG through a real-time gene amplification method. This is the result of sequentially diluting the extracted nucleic acid and confirming the amount of nucleic acid increase with or without PEG.
14 is a diagram showing the results of testing nucleic acids extracted from harmful bacteria in a real-time gene amplification diagnostic kit. This is the result of real-time gene amplification by diluting the extracted nucleic acid through sequential dilution in an amount of 1/10 and using it as a template.
15 is a result of testing the nucleic acid extracted from harmful bacteria in the corresponding diagnostic kit SET A, and shows the results showing that only Vibrio and Salmonella are detected.
16 is a result of testing the nucleic acid extracted from harmful bacteria in the corresponding diagnostic kit SET B, and shows the results showing that only Staphylococcus and Listeria are detected.
17 is a result showing that a trace amount of nucleic acid can be measured within a short time through nucleic acid amplified through molecular concentration. As for the nucleic acid used for molecular concentration, 1/200 of the nucleic acid used in FIGS. 15 and 16 was used, and the results shown are figures showing similar results based on the Ct value.
18A and 18B are a comparison of the efficiency of molecular concentration. As a result of molecular concentration using only the extracted nucleic acid for DNA, and for normal WGA using a previously sold WGA kit, enhanced WGA is the result of molecular concentration using PEG. Is one of them. It can be seen that the Ct value of the enhanced WGA using PEG is higher than that of the case of using only DNA, and that the Ct value of the enhanced WGA using PEG is more advanced than that of the general WGA result, and it is the result showing that the molecular concentration is possible effectively.
19 is a result showing the reduction of detection time indicated by molecular concentration and a molecular diagnostic kit developed for the detection of food poisoning bacteria. , eWGA is a result showing the enhanced WGA. The result shows that the amount of nucleic acid used in the reaction is the same, and the amount of nucleic acid entering the real-time PCR is constant and detection is possible within a short time by molecular concentration.
FIG. 20 is a result showing that the UDG system was applied to the reaction reagent, and the previous reaction product (U+T PCR product) was removed from the reaction solution so as not to affect the reaction and thus no longer reacted.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for describing the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예 Example

실시예 1: 핵산의 추출에 사용할 자성 비드(Magnetic bead)의 선정 단계 Example 1: Selection step of magnetic beads to be used for extraction of nucleic acids

먼저 실험하고자 하는 제조사별 자성 비드(magnetic bead)를 선정하여 아래 표 1에 표시한 각각의 제품 간 성능을 비교하는 실험을 진행하였다. 검출 대상 박테리아를 용해시켜 각 제품별로 결합되는 정도를 측정하였다. 각 제조사별로 측정한 결과를 바탕으로 핵산 추출 시약에 적용할 자성 비드(magnetic bead)를 선별하였다. First, a magnetic bead for each manufacturer to be tested was selected, and an experiment was conducted to compare the performance of each product shown in Table 1 below. The detection target bacteria were dissolved and the degree to which each product was bound was measured. Magnetic beads to be applied to the nucleic acid extraction reagent were selected based on the results measured by each manufacturer.

Figure 112017127862525-pat00001
Figure 112017127862525-pat00001

실험에 사용하는 용액은 SolGent™ Genomic DNA Prep Kit(Solgent. co. Ltd, SGD61-S120, Korea)에 들어있는 시약을 사용하였으며, 전혈(whole blood) 200 ㎕를 Ependorf 1.5ml 튜브에 넣고 SGB Lysis Buffer(Solgent, Korea) 1 ml을 첨가한 후 inverting mix를 30초간 진행한 후 얼음위에서 10분간 정치하였다. 정치한 후 vortex mixing을 1분간 진행하고, 12,000rpm(revolutions per minute)의 속도로 원심분리기(Eppendorf, 5415D, Germany)에서 5분간 원심분리를 진행하였다. 상층액을 제거한 후 SGD2(Solgent co.Ltd, Korea) 용액 800㎕를 각 각 넣어준 후 vortex mixing을 통해 침전물(pellet)을 현탁하였다. 현탁한 용액 1ml에 각 제조사별로 자성 입자(magnetic bead)를 100㎕씩 첨가한 후 10초 동안 vortex mixing을 통해 혼합한 후, 자성 스탠드(magnetic stand)에서 3분간 정치하여 자성 입자(magnetic bead)와 용액을 서로 분리시켰다. 분리된 용액을 최대한 제거한 후, 70% 에탄올(100% 에탄올 70ml + D.D.W 30ml)을 각 튜브 당 500㎕씩 넣어준 후 vortex mixing하여 현탁하였다. 현탁한 튜브를 자성 스탠드(magnetic stand)에 3분간 정치하여 용액과 자성 입자(magnetic bead)를 서로 분리하였다. 분리된 용액을 최대한 제거하였고, 70% 에탄올을 첨가하여 세척(washing)하는 과정을 1번 더 반복하여(총 2회 진행) 자성 비드(magnetic bead)에 붙은 불순물을 제거하였다. 에탄올을 제거한 튜브를 상온에서 5분간 정치하여 남아있을 수 있는 에탄올을 제거한 후, TE(Tris-EDTA, pH8.0) 버퍼를 50 ㎕씩 넣고 vortex mixing을 5초간 진행하였다. 이후 자성 스탠드(magnetic stand)에 3분간 정치하고 분리된 상층액을 새로운 1.5ml Eppendorf 튜브에 옮긴 후 DNA의 순도와 양을 측정하였다. 도 1b은 제조사별 자성 입자를 사용하여 핵산을 추출한 결과를 보여준다. 아래 표 2는 Nano drop(Thermo scientific, USA)으로 측정한 결과이다. The solution used in the experiment was the reagent contained in the SolGent™ Genomic DNA Prep Kit (Solgent. co. Ltd, SGD61-S120, Korea), and 200 µl of whole blood was put into an Ependorf 1.5ml tube and SGB Lysis Buffer (Solgent, Korea) After adding 1 ml, the inverting mix was performed for 30 seconds, and then allowed to stand on ice for 10 minutes. After standing, vortex mixing was performed for 1 minute, and centrifugation was performed for 5 minutes in a centrifuge (Eppendorf, 5415D, Germany) at a speed of 12,000 rpm (revolutions per minute). After removing the supernatant, 800 µl of SGD2 (Solgent co. Ltd, Korea) solution was added to each solution, and then the pellet was suspended through vortex mixing. After adding 100 µl of magnetic particles for each manufacturer to 1 ml of the suspended solution, mixing through vortex mixing for 10 seconds, and then standing for 3 minutes on a magnetic stand, The solutions were separated from each other. After removing the separated solution as much as possible, 70% ethanol (100% ethanol 70ml + D.D.W 30ml) was added at 500µl per tube, followed by vortex mixing and suspended. The suspended tube was allowed to stand on a magnetic stand for 3 minutes to separate the solution and magnetic particles from each other. The separated solution was removed as much as possible, and the process of washing by adding 70% ethanol was repeated once more (a total of two times) to remove impurities attached to the magnetic beads. After the ethanol-removed tube was allowed to stand at room temperature for 5 minutes to remove the remaining ethanol, 50 µl of TE (Tris-EDTA, pH 8.0) buffer was added each to perform vortex mixing for 5 seconds. Thereafter, after standing on a magnetic stand for 3 minutes, the separated supernatant was transferred to a new 1.5 ml Eppendorf tube, and the purity and amount of DNA were measured. 1B shows the results of extracting nucleic acids using magnetic particles for each manufacturer. Table 2 below shows the results measured by Nano drop (Thermo scientific, USA).

Figure 112017127862525-pat00002
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실시예 2: 세포 용해(lysis)를 위한 완충액(buffer) 제조 단계 Example 2: Step of preparing a buffer for cell lysis

2-1: 실험의 개요 2-1: Outline of the experiment

세포의 막을 효율적으로 용해시키고, 핵산 분해 효소들을 불활성시키며, 다른 오염원들을 제거하는 기능이 효율적으로 작동하는 조건을 확립하기 위해 용해 완충액(lysis buffer)의 조성을 변경하면서 실험을 진행하였다. 이러한 구성성분 중 Chaotropic reagent는 일반적으로 수소이온의 결합을 깨는 물질을 통칭하고 있으며, 핵산 추출에서 세포 용해(cell lysis) 역할과 세포 내 단백질의 접힘(folding)을 풀어 변성시키는 역할, 그리고 핵산과 실리카(silica)가 잘 결합할 수 있는 가교(bridge)를 형성하는 것으로 알려져 있다. 원핵생물의 경우 세포막 자체만을 용해(lysis)시키는 것으로 충분하기 때문에, 검출대상 식중독균에서 핵산을 추출하기 위한 완충액의 조성을 연구하였다. 세포막이 용해되면 핵산이 핵산분해효소에 노출되게 되어, 이를 보호하는 물질을 필요로 하게 된다. 핵산 분해 효소들은 금속 2가 이온들을 보조인자(co-factor)로 사용하며, 이러한 금속이온들을 킬레이션(chelation)할 수 있는 물질로 그 활성을 억제한다. 대표적인 것이 EDTA(Ethylenediaminetetra-acetic acid)를 사용하고 있으며, 이를 조절하는 실험을 진행하였다. pH의 변화에 따라 핵산에 미치는 영향이 있으므로, 완충(buffering) 작용을 할 수 있는 물질의 최적 농도를 찾기 위한 실험을 진행하였다. 본 발명에서 사용한 완충액 시스템(buffer system)은 트리스(tris)를 기반으로 하며, 완충효과가 좋은 것으로 판단되어 이를 조절하는 실험을 진행하였다. 그 외 계명활성제(detergent)와 같은 추가 첨가물에 대한 실험을 진행하였다. The experiment was conducted while changing the composition of the lysis buffer in order to establish conditions in which the function of efficiently lysing cell membranes, inactivating nucleolytic enzymes, and removing other contaminants works efficiently. Among these constituents, chaotropic reagents are generally referred to as substances that break the bonds of hydrogen ions, and play a role in cell lysis in nucleic acid extraction, unfolding and denature proteins in cells, and nucleic acids and silica. (silica) is known to form a bridge that can be bonded well. In the case of prokaryotes, since it is sufficient to lyse only the cell membrane itself, the composition of a buffer solution for extracting nucleic acids from food poisoning bacteria to be detected was studied. When the cell membrane is dissolved, the nucleic acid is exposed to the nuclease, which requires a substance to protect it. Nucleic acid degrading enzymes use metal divalent ions as co-factors and inhibit their activity with substances that can chelate these metal ions. A typical example is EDTA (Ethylenediaminetetra-acetic acid), and an experiment was conducted to control it. Since changes in pH have an effect on nucleic acids, an experiment was conducted to find the optimal concentration of a substance capable of buffering. The buffer system used in the present invention is based on tris, and it was determined that the buffering effect was good, and an experiment was conducted to control it. In addition, experiments were conducted on additional additives such as detergent.

2-2: Chaotropic reagent 2-2: Chaotropic reagent

Chaotropic reagent는 구아니딘 티오시아네이트(guanidine thiocyanate)와 구아니딘 하이드로클로라이드(guanidine hydrochloride)를 기준으로 실험을 진행하였으며, 농도는 0.1M에서 5.0M까지 순차적으로 희석하여 준비하였다. 각각 1 ml의 시약에 전혈 200㎕를 첨가하여 혼합하였다. 혼합한 용액이 담긴 튜브를 얼음에 넣고 10분간 정치하였으며, 정치 후 vortex mixing을 통해 잘 섞어주었다. 이 용액에 자성 비드 100㎕를 넣고 약하게 vortex mixing 해 준 후, 자성 스탠드(magnetic stand)에 튜브를 꽂고 5분간 정치하였다. 용액과 비드가 분리되면 용액을 모두 제거한 후, 80% 에탄올(100% 에탄올 80ml + D.D.W 20ml) 용액으로 2번 세척을 진행하였고, DNA 수화 용액(hydration solution)을 50㎕ 첨가하여 자성 비드(magnetic bead)를 풀어준 후 다시 자성 스탠드(magnetic stand)에 꽂고 용액과 비드(bead)를 분리하여 핵산이 용출된 용액을 회수하였다. Chaotropic reagent was tested based on guanidine thiocyanate and guanidine hydrochloride, and the concentration was prepared by sequentially diluting from 0.1M to 5.0M. 200 µl of whole blood was added to each 1 ml of reagent, followed by mixing. The tube containing the mixed solution was put on ice and allowed to stand for 10 minutes, and after standing, the tube was mixed well through vortex mixing. 100 µl of magnetic beads were added to this solution, vortex-mixed gently, and then the tube was inserted into a magnetic stand and allowed to stand for 5 minutes. When the solution and the beads were separated, all the solutions were removed, and then washed twice with 80% ethanol (80 ml of 100% ethanol + 20 ml of DDW) solution, and 50 μl of DNA hydration solution was added to make magnetic beads. ) Was released and then inserted into a magnetic stand again, and the solution and beads were separated to recover the solution from which the nucleic acid was eluted.

2-3: Detergent, EDTA, 및 Tris 2-3: Detergent, EDTA, and Tris

Detergent는 핵산 추출 시약에 주로 사용되는 Triton X-100(LPS, Korea), zwitterionic detergent, CHAPS(Sigma, USA)를 혼합하여 비교 실험을 하였으며, 여기에 EDTA, Tris를 함께 첨가하여 실험을 진행하였다. 실험은 각 시약을 혼합한 형태로 진행하였으며, 이에 사용된 과정은 chaotropic reagent를 실험한 방법과 동일하게 진행하였다. Detergent conducted a comparative experiment by mixing Triton X-100 (LPS, Korea), zwitterionic detergent, and CHAPS (Sigma, USA), which are mainly used in nucleic acid extraction reagents, and added EDTA and Tris together to conduct the experiment. The experiment was carried out in the form of mixing each reagent, and the process used for this was carried out in the same manner as the method for experimenting with the chaotropic reagent.

실시예 3: 용해된 용액에서 지놈 DNA와 비드가 결합하는 조건을 선정하는 단 Example 3: Step of selecting conditions for binding genomic DNA and beads in the dissolved solution

자성 비드(Magnetic bead)에 핵산의 결합이 잘 되는지의 여부를 확인하기 위해 박테리아를 용해시킨 후 자성 비드(magnetic bead)를 첨가한 샘플과 첨가하지 않은 샘플을 비교하여, 핵산의 결합정도를 확인하였다. 사용한 비드(bead)는 상기 테스트한 제조사별 제품으로, 실험한 후 결정된 자성 비드(magnetic bead)로 다른 제품에 비해 좋거나 비슷한 성능을 나타난 후보군 비드(bead)로 선정하였다. In order to check whether the nucleic acid is well bound to the magnetic beads, the binding degree of the nucleic acid was confirmed by comparing the sample with the addition of the magnetic bead and the sample without the addition of the bacterium after dissolving the bacteria. . The bead used was a product of each manufacturer tested above, and was selected as a candidate group bead showing better or similar performance compared to other products with magnetic beads determined after the experiment.

Chaotropic reagent는 구아니딘 티오시아네이트(guanidine thiocyanate, GTC)를 기준으로 실험을 진행하였으며, GTC 시약 400 ㎕에 전혈 200 ㎕를 각각 넣고, 자성 비드(magnetic bead)를 넣어주었다. 이 때, 자성 비드(magnetic bead)는 50 - 400㎕ 사이의 양으로 넣어주었으며 최적으로 결합할 수 있는 비드(bead)의 양을 결정하고자 하였다. 또한 용해(lysis)된 혈액과 비드(bead)를 섞은 후 정치시간을 5초 - 1분으로 하여 두었으며, 자성 스탠드(magnetic stand)에 튜브를 꽂고 5분간 정치하였다. 용액과 비드(bead)가 분리되면 용액을 모두 제거한 후, 80% 에탄올 용액으로 2번 세척을 진행하였고, DNA 수화 용액(DNA hydration solution)을 50㎕ 첨가하여 자성 비드(magnetic bead)를 풀어준 후 다시 자성 스탠드(magnetic stand)에 꽂고 용액과 비드(bead)를 분리하여 핵산이 용출된 용액을 회수하였다. 각 조건에서 추출된 핵산의 추출양은 아가로스 젤(agarose gel)과 나노-드롭(nano-drop) 측정값을 이용하여 확인하였다. Chaotropic reagent was tested based on guanidine thiocyanate (GTC), and 200 µl of whole blood was added to 400 µl of GTC reagent, respectively, and magnetic beads were added. At this time, magnetic beads were added in an amount between 50-400µl, and the amount of beads that could be optimally bound was determined. In addition, after mixing the lysed blood and beads, the settling time was set to 5 seconds-1 minute, and the tube was inserted into a magnetic stand and allowed to stand for 5 minutes. When the solution and beads were separated, all the solutions were removed, washed twice with 80% ethanol solution, and 50 µl of DNA hydration solution was added to loosen the magnetic beads. The solution was inserted into a magnetic stand again, and the solution and beads were separated to recover the solution from which the nucleic acid was eluted. The amount of nucleic acid extracted under each condition was confirmed using an agarose gel and nano-drop measurement values.

실시예 4: 표적 DNA와 비드가 결합되어 있는 상태를 유지하면서 다른 오염물들을 제거하기 위한 세척 완충액(washing buffer)의 제조 단계 Example 4: Preparation step of washing buffer to remove other contaminants while maintaining target DNA and beads bound

모든 세포는 다양한 물질을 함유하고 있으며, 핵산 추출을 위해 넣은 비드(bead)에 핵산만이 결합하지 않기 때문에, 대상으로 하는 핵산만을 추출하기 위해 비드에 붙은 다른 물질들을 제거하는 과정이 필요하였다. 일반적으로 세척(washing) 완충액에 사용되는 시약은 70-80% 에탄올이며, 이소프로판올(isopropanol), 염(salt) 조절을 통해 최적의 세척 완충액의 조건을 확립하고자 하였다. 이를 위해 자성 비드(magnetic bead)를 준비하고 여기에 GTC 400 ㎕에 배양된 균주 200㎕를 넣고 10초간 vortex mixing한 후 상온에서 1분간 정치하였다. 정치 후 자성 스탠드(magnetic stand)에 장착하고 마이크로-튜브(micro-tube)내에 자성 비드(magnetic bead)만을 남긴 후 용액을 완전히 제거하였다. 자성 스탠드(Magnetic stand)에서 마이크로-튜브(micro-tube)를 제거한 후, 30-80% 에탄올, 25-40% 이소프로판올, 0.1M-1.5M NaCl 농도들을 조합한 세척(washing) 완충액을 500㎕씩 넣어준 후 5초간 vortex mixing을 통해 섞어주었다. 이후 자성 스탠드(magnetic stand)에 마이크로-튜브(micro-tube)를 장착하여 비드(bead)외의 나머지 용액을 모두 제거하고, 세척 횟수를 반복하였다. 남은 세척 완충액을 제거한 후, 상온에서 5분간 건조시키고 50-100㎕ 용출(elution) 완충액을 넣고 10초 간 vortexing한 후 자성 스탠드(magnetic stand)에 장착하였다. 이후 분리된 용액을 새로운 마이크로-튜브(micro-tube)에 옮기고 아가로스 젤(agarose gel) 전기영동과 나노-드롭(nano-drop) 측정값을 통해 비교하였다. All cells contain various substances, and since only nucleic acids do not bind to beads inserted for nucleic acid extraction, it was necessary to remove other substances attached to the beads to extract only the target nucleic acid. In general, the reagent used in the washing buffer is 70-80% ethanol, and an optimal washing buffer condition was established by controlling isopropanol and salt. To this end, magnetic beads were prepared, 200 µl of the strain cultured in 400 µl of GTC was added thereto, vortex-mixed for 10 seconds, and then allowed to stand at room temperature for 1 minute. After standing, it was mounted on a magnetic stand, and the solution was completely removed after leaving only magnetic beads in the micro-tube. After removing the micro-tube from the magnetic stand, 500 µl each of a washing buffer that combines concentrations of 30-80% ethanol, 25-40% isopropanol, and 0.1M-1.5M NaCl After adding, it was mixed through vortex mixing for 5 seconds. Thereafter, a micro-tube was mounted on a magnetic stand to remove all the remaining solutions other than the beads, and the number of washing was repeated. After removing the remaining washing buffer, it was dried at room temperature for 5 minutes, 50-100 µl elution buffer was added, vortexed for 10 seconds, and then mounted on a magnetic stand. Then, the separated solution was transferred to a new micro-tube and compared through agarose gel electrophoresis and nano-drop measurement values.

실시예 5 : 비드에서 DNA만을 용출(elution)시키는 단계 Example 5: Step of eluting only DNA from beads

핵산을 용출하는데 사용하는 버퍼는 일반적으로 트리스(Tris)를 기반으로 하는 시약들이 대부분이다. 트리스(Tris)는 용출된 핵산의 완충 작용을 할 수 있어 자주 사용되며, 핵산 분해 효소의 활성을 저해할 수 있는 EDTA도 많이 사용된다. 본 발명자들은 일반적으로 핵산 용출에 사용되는 TE 버퍼(Tris-EDTA buffer)를 사용하였다. 비드에서 DNA를 효율적으로 용출시키는 최적의 조건을 확립하기 위해 자성 비드(magnetic bead)를 준비하고 여기에 GTC 400 ㎕에 배양한 균주 200 ㎕를 넣고 10초간 vortex mixing한 후 상온에서 1분간 정치하였다. 정치 후 자성 스탠드(magnetic stand)에 장착하고 마이크로-튜브(micro-tube)내에 자성 비드(magnetic bead)만을 남긴 후 용액을 완전히 제거하였다. 자성 스탠드(Magnetic stand)에서 마이크로-튜브(micro-tube)를 제거한 후, 세척 완충액을 500㎕씩 넣어준 후 5초간 vortex mixing을 통해 섞어주었다. 이 후 자성 스탠드(magnetic stand)에 마이크로-튜브(micro-tube)를 장착하여 비드(bead)외의 나머지 용액을 모두 제거하고, 세척 횟수를 1회 반복하였다. 남은 세척 완충액을 제거한 후, 상온에서 5분간 건조시킨 후 용출(elution) 완충액을 100㎕씩 넣고, 10, 30, 60, 120, 300, 600초 간 정치한 후 자성 스탠드(magnetic stand)에 장착하여 용액과 비드를 분리한 후, 핵산이 용출된 용액을 회수하여 정치 시간에 따른 핵산의 양과 품질을 아가로스 젤(agarose gel) 전기영동과 나노-드롭(nano-drop) 측정값으로 확인하였다. Most of the buffers used to elute nucleic acids are Tris-based reagents. Tris (Tris) is frequently used because it can buffer the eluted nucleic acid, and EDTA, which can inhibit the activity of nucleolytic enzymes, is also widely used. The present inventors generally used a TE buffer (Tris-EDTA buffer) used for eluting nucleic acids. In order to establish the optimal conditions for efficiently eluting DNA from the beads, magnetic beads were prepared, 200 µl of the strain cultured in 400 µl of GTC was added thereto, vortex-mixed for 10 seconds, and then allowed to stand at room temperature for 1 minute. After standing, it was mounted on a magnetic stand, and the solution was completely removed after leaving only magnetic beads in the micro-tube. After removing the micro-tube from the magnetic stand, 500 µl of washing buffer was added at a time, and then mixed through vortex mixing for 5 seconds. Thereafter, a micro-tube was mounted on a magnetic stand to remove all the remaining solutions other than the beads, and the number of washing was repeated once. After removing the remaining washing buffer, dry it at room temperature for 5 minutes, add 100 µl of elution buffer each, settle for 10, 30, 60, 120, 300, 600 seconds, and mount on a magnetic stand. After separating the solution from the beads, the solution from which the nucleic acid was eluted was recovered, and the amount and quality of the nucleic acid according to the standing time were confirmed by agarose gel electrophoresis and nano-drop measurement values.

실시예 6: 용출된 핵산의 순도 및 오염원의 잔존 여부를 확인하는 단계 Example 6: Checking the purity of the eluted nucleic acid and whether the contaminant remains

상기 실시예 5에서 얻어진 핵산의 순도를 확인하기 위하여 나노-드롭 분광광도계(nano-drop spectrophotometer)를 사용하여 230nm, 260nm 및 280nm의 파장 값을 확인하여 핵산의 양과 순도를 확인하였다. 추출된 핵산이 있는 용액을 2㎕를 마이크로-피펫(micro-pipette)으로 채취하여 측정 위치에 올리고, 측정 버튼을 눌러 측정한 후 값을 분석하였다. 또한 추출한 용액을 2㎕, 5㎕ 아가로스 젤(agarose gel)에 전기영동하여 핵산의 품질과 양을 나노-드롭(nano-drop) 측정값과 비교하여 실제 핵산의 품질을 확인하였다. In order to confirm the purity of the nucleic acid obtained in Example 5, the amount and purity of the nucleic acid were confirmed by checking the wavelength values of 230 nm, 260 nm and 280 nm using a nano-drop spectrophotometer. 2 µl of the extracted nucleic acid-containing solution was collected with a micro-pipette, placed on the measurement position, and measured by pressing the measurement button, and then the value was analyzed. In addition, the extracted solution was electrophoresed on 2 µl and 5 µl agarose gel, and the quality and quantity of nucleic acid were compared with the measured value of nano-drop to confirm the actual quality of nucleic acid.

실시예 7: 잔존하는 오염원 및 핵산 증폭의 저해제를 제거하는 단계 Example 7: Step of removing residual contaminants and inhibitors of nucleic acid amplification

용출된 핵산 속의 오염원 존재 여부와 핵산 증폭 저해제가 포함되어 있는지를 확인하기 위해 중합효소연쇄반응을 이용하여 그 유무를 확인하였다. 먼저 추출한 핵산을 순차적으로 희석하여 종래(conventional)의 중합효소연쇄반응을 진행하였으며, 증폭된 핵산 유무는 아가로즈 젤(agarose gel) 전기영동 결과를 통해 확인하였다. 정확한 핵산 증폭의 저해 여부를 판단하기 위하여 실시간(real-time) 유전자증폭을 진행하여 핵산 증폭에 미치는 영향을 확인하였다. 자세한 반응시약과 조건은 아래의 표 3(실시간 중합효소연쇄반응 조건과 반응 시간)에 나타내었다. Polymerase chain reaction was used to confirm the presence or absence of contaminants in the eluted nucleic acid and whether a nucleic acid amplification inhibitor was included. First, the extracted nucleic acids were sequentially diluted to proceed with a conventional polymerase chain reaction, and the presence or absence of amplified nucleic acids was confirmed through agarose gel electrophoresis results. Real-time gene amplification was performed in order to determine whether the exact nucleic acid amplification was inhibited, and the effect on the nucleic acid amplification was confirmed. Detailed reaction reagents and conditions are shown in Table 3 below (real-time polymerase chain reaction conditions and reaction time).

Figure 112017127862525-pat00003
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반응이 끝난 결과물은 아가로스 젤(agarose gel) 전기영동을 통해 비특이적 밴드(non-specific band)의 유무와 증폭 여부를 확인하였으며, 증폭저해를 나타내는 물질이 발견된 조건이 나타날 경우 이를 해결하기 위하여 용해(lysis) 완충액과 세척 완충액을 조절하였다. 용해(Lysis) 완충액의 경우 GuHCl과 GTC의 농도를 0.1M - 5.0M 사이에서 조절하였고, 계면활성제(detergent) 용액의 농도 0.1 - 5.0% 사이에서 변경하였으며, 세척 완충액의 경우 에탄올의 %농도를 15 - 70% 사이에서 조절하였고, 염(salt)의 농도를 0.1M - 3.0M 사이에서 조절하여 저해제와 오염물질을 제거를 확실하게 하였다. The result of the reaction was checked for the presence or absence of a non-specific band and amplification through agarose gel electrophoresis, and dissolved in order to resolve the conditions in which a substance exhibiting amplification inhibition was found. (lysis) buffer and wash buffer were adjusted. In the case of the Lysis buffer, the concentration of GuHCl and GTC was adjusted between 0.1M-5.0M, the concentration of the surfactant (detergent) solution was changed between 0.1-5.0%, and the concentration of ethanol was changed to 15% in the case of the washing buffer. -It was adjusted between 70%, and the concentration of salt was adjusted between 0.1M-3.0M to ensure removal of inhibitors and contaminants.

실시예 8: 미량 오염된 표준 균주에 대해 핵산을 추출하는 단계 Example 8: Extracting nucleic acids against trace contaminated standard strains

상기 설명된 핵산 추출 방법을 조직에 오염된 미생물의 핵산 추출에 적용하기 위하여, 광어, 우럭과 같은 생선 조직에 표준 균주를 임의 오염시켜서 대상 미생물의 핵산 추출이 상기 설명된 본 발명의 핵산 추출 방법이 적용될 수 있는지를 확인하였다. 오염시킨 균주는 식중독 균주로 알려진 비브리오속 균(Vibrio spp.), 황색포도상구균((Staphylococcus aureus), 살모넬라속 균(Salmonella spp.), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes) 이다. 해당 균주를 배양 배지에 접종하여 OD595를 0.6까지 배양한 후 이 흡광값에서 나타나는 균의 평균 CFU를 계산하였다. 이를 기준으로 해당 균주 수에서의 핵산 추출을 확인하고, Quant-it PicoGreen DNA ds assay kit(life technology)와 전기영동을 통해 핵산의 양을 정량하고, 이를 실시간유전자증폭 기법을 이용하여 핵산의 품질을 확인하였다. In order to apply the above-described nucleic acid extraction method to the nucleic acid extraction of microorganisms contaminated with tissues, the nucleic acid extraction method of the present invention described above is performed by randomly contaminating a standard strain on fish tissues such as flatfish and fish tissue to extract nucleic acids from the target microorganism. We checked whether it can be applied. The contaminated strains are Vibrio spp., known as food poisoning strains, Staphylococcus aureus, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes. After inoculating in the medium and incubating OD595 to 0.6, the average CFU of the bacteria that appeared at this absorbance value was calculated, based on this, the extraction of nucleic acids from the number of strains was confirmed, and the Quant-it PicoGreen DNA ds assay kit (life technology) The amount of nucleic acid was quantified through and electrophoresis, and the quality of the nucleic acid was confirmed using real-time gene amplification technique.

실시예 9 : 미량 핵산의 검출을 위해 추출한 핵산을 분자농축 하는 단계 Example 9: Step of molecular concentration of extracted nucleic acid for detection of trace nucleic acid

핵산의 추출 대상 세균의 개체수가 많은 경우는 추출된 핵산의 양이 많고 다음 실험을 진행하는데 있어 문제가 발생하지 않는다. 그러나 검체 표면에 미량으로 오염되어 있는 세균에서 핵산을 추출하여 중합효소연쇄반응과 같은 과정을 거치기에는 상대적인 핵산양이 부족할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 추출된 핵산을 분자적으로 농축하는 방법을 사용하였다. 미량 추출한 핵산을 분자농축하기 위해 WGA (Whole genome amplification) 반응을 진행하였다. 배양한 균주를 순차 희석하여 핵산을 추출하고, 추출한 핵산에서 1 ㎕를 1X WGA DB 완충액(buffer) 1㎕와 혼합하고 상온에서 5분간 정치하였다. 5분 후 혼합액에 1X WGA NB 완충액(buffer)를 2㎕ 넣고 섞어준 후, WGA SB 완충액(buffer)을 6㎕ 넣고 잘 섞어주었다. 여기에 9㎕ WGA RB 완충액(buffer)와 1㎕ EM을 넣고 섞어준 후, 스핀 다운(spin down)한 후에 30℃에서 시간을 조절하여 반응하였다. 반응한 시간은 15분, 30분, 45분, 60분, 120분을 진행하였으며, 음성대조군과 양성대조군을 사용하여 반응에 문제가 없는 것을 확인하였다. When the number of bacteria to be extracted from nucleic acids is large, the amount of extracted nucleic acids is large and no problem occurs in the next experiment. However, the relative amount of nucleic acid may be insufficient to extract nucleic acids from bacteria contaminated in trace amounts on the sample surface and undergo a process such as polymerase chain reaction. In order to solve this problem, a method of molecularly concentrating the extracted nucleic acid was used. A whole genome amplification (WGA) reaction was performed to molecularly concentrate the extracted nucleic acid in a trace amount. The cultured strains were sequentially diluted to extract nucleic acids, and 1 µl of the extracted nucleic acid was mixed with 1 µl of 1X WGA DB buffer, and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. After 5 minutes, 2 µl of 1X WGA NB buffer was added to the mixture and mixed, and 6 µl of WGA SB buffer was added and mixed well. Here, 9 µl WGA RB buffer and 1 µl EM were added and mixed, and the reaction was carried out by controlling the time at 30°C after spinning down. The reaction time was 15 minutes, 30 minutes, 45 minutes, 60 minutes, and 120 minutes, and it was confirmed that there was no problem in the reaction by using the negative control group and the positive control group.

실시예 10: 거대분자군집(macromolecular crowding) 효과를 이용한 미량 핵산의 검출을 위한 분자농축 단계 Example 10: Molecular enrichment step for detection of trace nucleic acids using macromolecular crowding effect

WGA (Whole Genome Amplification) 반응 시간을 단축하기 위해 거대분자군집(macromolecular crowding) 효과를 보일 것으로 기대되는 시약들을 사용하였다. 이러한 시약으로서 PEG(polyethylene glycol)을 사용하여 WGA 반응에 미치는 영향을 확인하였다. 상기 실시예 9에서 설명된 방법에 따라 추출한 핵산 1㎕를 1X WGA DB 완충액(buffer)와 혼합하고 상온에서 5분간 정치하였다. 5분 후 혼합액에 2㎕ 1X WGA RB 완충액(buffer)을 넣고 섞어준 후, 6㎕ WGA SB 완충액(buffer)와 해당 농도의 PEG를 넣고 잘 섞어주었다. 여기에 9㎕ WGA RB 완충액(buffer)와 1㎕ EM을 넣고 섞어준 후, 스핀 다운(spin down)한 후에 30℃에서 시간을 조절하여 반응시켰다. 반응은 15분, 30분, 45분, 60분, 120분의 반응시간에서 진행하였으며, 음성대조군과 양성대조군을 사용하여 반응 결과에 문제가 없는 것을 확인하였다. 증폭에 사용한 반응물은 실시간(real-time) 유전자증폭 반응을 통해 증폭량의 차이를 확인하였고, 거대분자군집(macromolecular crowding) 시약을 넣지 않은 대조군과 넣은 실험군을 비교하여 증폭되는 양의 차이를 확인하였다. To shorten the WGA (Whole Genome Amplification) reaction time, reagents expected to exhibit macromolecular crowding effect were used. As such a reagent, PEG (polyethylene glycol) was used to confirm the effect on the WGA reaction. 1 µl of nucleic acid extracted according to the method described in Example 9 was mixed with 1X WGA DB buffer, and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. After 5 minutes, 2 µl 1X WGA RB buffer was added to the mixture, followed by mixing, 6 µl WGA SB buffer and PEG of the corresponding concentration were added and mixed well. Here, 9 µl WGA RB buffer and 1 µl EM were added and mixed, and the reaction was carried out by controlling the time at 30°C after spinning down. The reaction was carried out at reaction times of 15 minutes, 30 minutes, 45 minutes, 60 minutes, and 120 minutes, and it was confirmed that there was no problem in the reaction result by using the negative control group and the positive control group. For the reactants used for amplification, the difference in the amplification amount was confirmed through a real-time gene amplification reaction, and the difference in the amplified amount was confirmed by comparing the control group without the macromolecular crowding reagent and the experimental group.

실시예 11 : 미량 핵산을 이용한 분자 진단 키트의 제조 Example 11: Preparation of molecular diagnostic kit using trace nucleic acids

핵산을 추출하고 분자농축한 시료를 통해 해당 오염균의 정보를 진단하기 위한 분자진단을 행하였다. 대상 균은 10종을 타겟으로 하였으며, 비브리오 균주 7종, 살모넬라 균주 1종, 포도상구균 1종, 리스테리아 1종의 총 10종으로, Taqman probe 방식을 이용한 분자진단 방법으로 행하였다. 먼저 각 균주의 유전자 정보는 NCBI(National Center for Biotechnology Information)에서 얻고, 이를 바탕으로 각 유전자별 진단이 가능한 유전자 부위의 후보군을 선정하였다. 검출 후보 유전자는 다음의 유전자를 선정하였다: hlyA(α-Hemolysin) 유전자; sdiA(Suppress division inhibitros) 유전자; spa(S. aureus-specific staphylococcal protein A) 유전자; vpm(V. parahaemolyticus metalloprotease) 유전자; tlh(Thermolabile hemolysin) 유전자; tdh(Thermostable direct hemolysin) 유전자; trh(Thermostable driect hemolysin-related hemolysin) 유전자; ctxA(Cholera toxin) 유전자; epsM(Cholera toxin secretion protein) 유전자; ftsZ(Filamenting temperature-sensitive mutant Z) 유전자; rpoB(β-subunit of RNA polymerase) 유전자; ompU(Outer membrane protein) 유전자; invA(Invasion protein A) 유전자; Collagenase 유전자; 16s rDNA 유전자; ATPase 유전자. Molecular diagnosis was performed to diagnose the information of the contaminant through the sample obtained by extracting the nucleic acid and then molecularly enriched. The target bacteria were 10 species as targets, and a total of 10 species including 7 Vibrio strains, 1 Salmonella strain, 1 Staphylococcus aureus, and 1 Listeria were carried out by a molecular diagnosis method using the Taqman probe method. First, the gene information of each strain was obtained from NCBI (National Center for Biotechnology Information), and based on this, a candidate group of gene sites that can be diagnosed for each gene was selected. The following genes were selected as detection candidate genes: hlyA (α-Hemolysin) gene; sdiA (Suppress division inhibitros) gene; spa (S. aureus-specific staphylococcal protein A) gene; vpm (V. parahaemolyticus metalloprotease) gene; tlh (Thermolabile hemolysin) gene; tdh (Thermostable direct hemolysin) gene; Thermostable driect hemolysin-related hemolysin (trh) gene; ctxA (Cholera toxin) gene; epsM (Cholera toxin secretion protein) gene; ftsZ (Filamenting temperature-sensitive mutant Z) gene; rpoB (β-subunit of RNA polymerase) gene; ompU (Outer membrane protein) gene; Invasion protein A (invA) gene; Collagenase gene; 16s rDNA gene; ATPase gene.

선정한 유전자 부위에서 프라이머(primer), 프로브(probe)를 각각 디자인한 후, 민감도 및 교차 반응성 여부에 대한 테스트를 진행하였다. 테스트를 겆쳐 최종 확정한 분자 진단용 올리고뉴클레오타이드 정보는 아래의 표 4에 나타내었다. After designing each of a primer and a probe at the selected gene site, tests for sensitivity and cross-reactivity were conducted. The information on the oligonucleotide for molecular diagnosis, which was finally confirmed through the test, is shown in Table 4 below.

Figure 112017127862525-pat00004
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각 후보군에서 선정된 프라이머(primer)와 프로브(probe)는 LOD (limit of detection)와 유효성(validation) 등의 실험을 진행하고, 멀티플렉스(multiplex) 중합효소연쇄반응을 위해 반응 시약 구성 및 농도 조절을 진행하였다. 균주 검출을 위한 프로브(probe)는 FAM, CY5, CalRed 형광염료(fluorescence dye)와 BHQ 퀀처염료(quencher dye)를 사용하였으며, 4개의 형광 채널을 가진 BioRad CFX96 실시간유전자증폭 장비를 사용하였다. 이를 위해 SET A와 SET B로 진단키트를 나누었으며, SET A는 비브리오(Vibrio)균과 살모넬라(Salmonella) 균을 검출하고, SET B는 리스테리아(Listeria)와 포도상구균(Staphylococcus) 균을 검출한다. 각 키트에는 내부표준물질(internal control)로 표고버섯(lentinula) 유전자에서 만든 대조군 주형(control template)와 이에 대한 프라이머(primer), 프로브(probe) 세트를 함께 넣어 결과 분석의 정확성을 높이고자 하였다. Primers and probes selected from each candidate group undergo experiments such as limit of detection (LOD) and validation, and control the composition and concentration of reaction reagents for multiplex polymerase chain reaction. Proceeded. The probe for strain detection was FAM, CY5, CalRed fluorescence dye and BHQ quencher dye, and a BioRad CFX96 real-time gene amplification device with 4 fluorescence channels was used. To this end, the diagnostic kit was divided into SET A and SET B, and SET A detects Vibrio and Salmonella, and SET B detects Listeria and Staphylococcus. In each kit, as an internal control, a control template made from the lentinula gene, a primer, and a probe set were added together to increase the accuracy of the result analysis.

실시예 12 : 추출한 핵산과 분자농축에 따른 검출 효과 비교 Example 12: Comparison of detection effect according to extracted nucleic acid and molecular concentration

식중독 유발 원인균의 표준균주에서 상기 핵산 추출 방식으로 추출한 핵산 10 pg을 사용하여 검출키트 SET A와 SET B의 PCR template로 사용하고, 기존에 솔젠트(주)에서 판매중인 WGA kit(SEQ-TempliGenTM WGA kit)를 normal WGA 샘플로 핵산 10 pg을 1시간 반응을 진행하여 PCR template로 사용하였으며, enhanced WGA는 본 발명에서 개발한 WGA 방식을 사용하여 핵산 10pg을 사용하여 1시간 반응을 진행한 후 PCR template를 사용하였다. 추출된 핵산이 각 반응에 들어간 양은 10pg으로 동일하며 분자농축에 의해 각 반응별로 얼마나 검출 시간이 단축되며, 증폭된 형광값과 Ct값 등에 나타나는 영향을 확인하고자 하였다. 결과는 도 18과 도 19에 나타나 있는 것처럼 분자농축에 의해 검출 시간이 단축되며, 특히 enhanced WGA의 경우 검출시간의 단축이 극대화되어 미량 핵산에서의 검출이 더 용이해질 수 있는 것을 확인할 수 있었다. Using 10 pg of nucleic acid extracted by the above nucleic acid extraction method from the standard strain of the food poisoning causative bacteria, it is used as a PCR template for detection kits SET A and SET B, and the WGA kit (SEQ-TempliGenTM WGA) sold by Solgent Co., Ltd. kit) was used as a PCR template by reacting 10 pg of nucleic acid for 1 hour as a normal WGA sample, and the enhanced WGA was used as a PCR template after 1 hour reaction using 10 pg of nucleic acid using the WGA method developed in the present invention. Was used. The amount of extracted nucleic acid in each reaction was equal to 10 pg, and the detection time was shortened for each reaction by molecular concentration, and the effect of the amplified fluorescence value and Ct value was confirmed. As shown in FIGS. 18 and 19, the detection time was shortened by molecular concentration, and in particular, in the case of enhanced WGA, the detection time was maximally shortened, and thus it was confirmed that detection in trace amounts of nucleic acids can be made easier.

실시예 13: 오염 방지를 위한 UDG (Uracil DNA glycosilase) 시스템의 적용 Example 13: Application of UDG (Uracil DNA glycosilase) system to prevent contamination

반복 실험에 의한 교차 오염을 방지하기 위하여 우라실(uracil) DNA를 인지하고 자르는 UDG (Uracil DNA glycosilase) 시스템을 반응 버퍼에 적용하였다. UDG가 PCR 반응에 영향을 주지 않고, 오염된 이전 실험 산물을 효과적으로 제거하는 조건을 찾기 위해 우라실(uracil)이 포함된 dNTP를 사용하여 PCR template를 준비하고, 이를 실제 반응 용액에 인위적으로 섞은 후, 용액 내에서 제거되는 것을 확인하였고, 실제 PCR에 영향을 주지 않는 것을 실시간(real-time) PCR을 통해 확인하고, 아가로스 젤 전기영동을 통해 오염된 PCR 산물은 제거되고 증폭하고자 하는 서열만이 증폭되는 것을 확인하였다. In order to prevent cross contamination by repeated experiments, a UDG (Uracil DNA glycosilase) system that recognizes and cuts uracil DNA was applied to the reaction buffer. In order to find the conditions in which UDG does not affect the PCR reaction and effectively removes the contaminated previous test product, a PCR template was prepared using dNTP containing uracil, and it was artificially mixed with the actual reaction solution. It was confirmed that it was removed from the solution, and that it did not affect the actual PCR through real-time PCR, and the contaminated PCR product was removed through agarose gel electrophoresis, and only the sequence to be amplified was amplified. It was confirmed to be.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it is clear that these specific techniques are only preferred embodiments for those of ordinary skill in the art, and the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

<110> Solgent Co., Ltd. <120> Method for Detection of Food Poisoning Bacteria By Using Gene Amplification and Kit for Use in The Same Method <130> PN150548 <160> 36 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 1 gacgacgtcc agctaataac g 21 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 2 cagatgctaa caaagctcaa gc 22 <210> 3 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 3 cagaaactgg tgaagaaaat ccattcatcg gta 33 <210> 4 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 4 tggtggaaac acgccaagg 19 <210> 5 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 5 actgcattag gagcgccac 19 <210> 6 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 6 accaatgact gttgccactg ttcaaactcg 30 <210> 7 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial 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<223> Probe for real time PCR <400> 30 tcgagcgcgt aaagcaatgg aagaatattt aga 33 <210> 31 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 31 gagggaaacc tgccaatcc 19 <210> 32 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 32 cttggagcat tcccacaacc 20 <210> 33 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 33 agcttggagg gaagagccgt gga 23 <210> 34 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 34 gttgggttaa gtcccgcaac g 21 <210> 35 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 35 ttatcaccgg cagtctccct g 21 <210> 36 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 36 acccttatcc ttgtttgcca gcgagtaat 29 <110> Solgent Co., Ltd. <120> Method for Detection of Food Poisoning Bacteria By Using Gene Amplification and Kit for Use in The Same Method <130> PN150548 <160> 36 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 1 gacgacgtcc agctaataac g 21 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 2 cagatgctaa caaagctcaa gc 22 <210> 3 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 3 cagaaactgg tgaagaaaat ccattcatcg gta 33 <210> 4 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 4 tggtggaaac acgccaagg 19 <210> 5 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 5 actgcattag gagcgccac 19 <210> 6 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 6 accaatgact gttgccactg ttcaaactcg 30 <210> 7 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 7 cagtgaaggg aaaatgcaag aagaag 26 <210> 8 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 8 ccaagcgctt gcaactgctc tttag 25 <210> 9 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 9 tttgccgaaa aatctggaag gtcttgtagg t 31 <210> 10 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 10 cgtcgatctt agttgctaca ccg 23 <210> 11 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 11 caaacttccg tacttacatc tcttacaac 29 <210> 12 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 12 atgattgatg ctggcgatgt attgggtaaa gtt 33 <210> 13 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 13 gcgtaatccg aaacgctgg 19 <210> 14 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Primer for real time PCR <400> 14 cgatcgatcc ggtattaaag c 21 <210> 15 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe for real time PCR <400> 15 aatttcaggc agggtcattt acattgggat g 31 <210> 16 <211> 19 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Claims (5)

다음의 프라이머 - 프로브 세트를 포함하는 비브리오 속(Vibrio spp.) 또는 살모넬라 속(Salmonella spp.) 세균의 검출을 위한 실시간 중합효소연쇄 반응용 키트:
서열번호 4, 5 및 6으로 이루어지는 제2의 프라이머 - 프로브 세트;
서열번호 10, 11 및 12으로 이루어지는 제4의 프라이머 - 프로브 세트;
서열번호 13, 14 및 15으로 이루어지는 제5의 프라이머 - 프로브 세트;
서열번호 16, 17 및 18으로 이루어지는 제6의 프라이머 - 프로브 세트;
서열번호 19, 20 및 21으로 이루어지는 제7의 프라이머 - 프로브 세트;
서열번호 22, 23 및 24으로 이루어지는 제8의 프라이머 - 프로브 세트;
서열번호 25, 26 및 27으로 이루어지는 제9의 프라이머 - 프로브 세트;
서열번호 28, 29 및 30으로 이루어지는 제10의 프라이머 - 프로브 세트;
서열번호 31, 32 및 33으로 이루어지는 제11의 프라이머 - 프로브 세트; 및
서열번호 34, 35 및 36으로 이루어지는 제12의 프라이머 - 프로브 세트.
A kit for real-time polymerase chain reaction for detection of Vibrio spp. Or Salmonella spp. Bacteria comprising the following primer-probe set:
A second primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 4, 5 and 6;
A fourth primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 10, 11, and 12;
A fifth primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 13, 14 and 15;
A sixth primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 16, 17 and 18;
A seventh primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 19, 20 and 21;
An eighth primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 22, 23 and 24;
A ninth primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 25, 26 and 27;
A tenth primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 28, 29 and 30;
An eleventh primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 31, 32, and 33; And
A twelfth primer-probe set consisting of SEQ ID NOS: 34, 35 and 36.
제 1 항에 있어서, 상기 비브리오 속 세균은 비브리오 파라해몰리티쿠스(V. parahaemolyticus), 비브리오 플루비아리스(V. fluvialis), 비브리오 알지놀리티쿠스(V. alginolyticus), 비브리오 불니피쿠스(V. vulnificus), 비브리오 미미쿠스(V. mimicus), 비브리오 콜레라(V. cholerae) 및 비브리오 메트치니코브(V. metschnikov)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 비브리오 속 세균인, 실시간 중합효소연쇄 반응용 키트.
The method of claim 1, wherein the Vibrio bacterium belonging to the genus Vibrio are para to Morley tea kusu (V. parahaemolyticus), Vibrio flu via-less (V. fluvialis), Vibrio know fun tea kusu (V. alginolyticus), Vibrio vulnificus (V . vulnificus), Vibrio insignificant kusu (V. mimicus), Vibrio cholerae (V. cholerae), and Vibrio meth struck Cove (V. metschnikov) one or more selected from the group consisting of bacteria belonging to the genus Vibrio is, real-time polymerase chain reaction kit for .
제 1 항에 있어서, 상기 실시간 중합효소연쇄 반응용 키트는 UDG(uracil DNA glycosilase)를 추가적으로 포함하는, 실시간 중합효소연쇄 반응용 키트.
The real-time PCR reaction kit according to claim 1, wherein the real-time PCR reaction kit further comprises UDG (uracil DNA glycosylase).
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Applied and Environmental Microbiology, Vol. 76, No. 14, pp. 4720-4729 (2010.07.)
Food and Bioprocess Technology, Vol. 4, Issue 6, pp. 936-953 (2011.08.)
Food Microbiology, Vol. 21, pp. 597-603 (2004.)

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