KR102651224B1 - PCR Method for Detecting Multiple Nucleic Acids Targets Using a Single Signal - Google Patents

PCR Method for Detecting Multiple Nucleic Acids Targets Using a Single Signal Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법을 개시한다. 본 발명의 방법은 PCR의 3단계인 변성 단계(Denaturation), 어닐링 단계(Annealing) 및 연장 단계(Extension) 중 어닐링 단계 및 연장 단계에서 각각의 표적핵산에 대한 신호를 검출한다. 즉 2가지 표적핵산 중 어닐링 단계에서 제1의 표적핵산에 대한 신호를 검출하고, 연장 단계에서는 제2의 표적핵산에 대한 신호를 검출한다. 검출된 각각의 신호는 2가지 표적핵산 각각에 대한 정성적 및/또는 정량적 정보를 제공한다. 이때 검출 신호는 2가지 표적핵산 모두에 대해 동일한 단일 신호이며, 이는 하나의 검출 채널에서 검출될 수 있다. The present invention discloses a PCR method for real-time detection of two target nucleic acids with a single signal. The method of the present invention detects signals for each target nucleic acid in the annealing step and the extension step among the three steps of PCR: denaturation, annealing, and extension. That is, among the two target nucleic acids, the signal for the first target nucleic acid is detected in the annealing step, and the signal for the second target nucleic acid is detected in the extension step. Each detected signal provides qualitative and/or quantitative information about each of the two target nucleic acids. At this time, the detection signal is the same single signal for both target nucleic acids, and can be detected in one detection channel.

Description

단일 신호로 2가지 이상의 다중 표적핵산을 검출하기 위한 PCR 방법{PCR Method for Detecting Multiple Nucleic Acids Targets Using a Single Signal}PCR method for detecting two or more multiple target nucleic acids with a single signal {PCR Method for Detecting Multiple Nucleic Acids Targets Using a Single Signal}

본 발명은 단일 신호로 2가지 이상의 표적핵산을 검출하기 위한 다중검출 PCR 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multiplex detection PCR method for detecting two or more target nucleic acids with a single signal.

중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)은 표적핵산(DNA)을 DNA 중합효소에 의해 106~1010배로 증폭하는 분자생물학적 기술로 1983년 Mullis 등에 의해 개발되어 의학을 포함한 생명과학 전 분야에서 유전자 검출이나 유전자 분리, 획득 등을 위해 필수적으로 사용되고 있다. Polymerase chain reaction (PCR) is a molecular biological technology that amplifies target nucleic acid (DNA) 10 6 to 10 10 times by DNA polymerase. It was developed by Mullis et al. in 1983 and is widely used in all fields of life sciences, including medicine. It is essentially used for gene detection, gene isolation, and acquisition.

실시간 중합효소연쇄반응(real-time PCR 또는 quantitative PCR)은 기존 PCR 증폭 후 전기영동으로 증폭 산물을 분석하는 기술과 달리, 표적핵산을 증폭과 동시에 검출하는 기술로, 표적핵산의 초기 농도를 정확하게 알 수 있어 더욱 정확한 정량적 분석을 가능하게 하고, 또한 반응 튜브가 밀폐된 상태에서 증폭과 검출이 이루어지므로 오염의 가능성이 낮아 검출의 정확성과 신뢰성이 높다.Real-time polymerase chain reaction (real-time PCR or quantitative PCR) is a technology that detects the target nucleic acid simultaneously with amplification, unlike the existing PCR amplification technology and then analyzing the amplification product by electrophoresis. It accurately determines the initial concentration of the target nucleic acid. This enables more accurate quantitative analysis, and since amplification and detection are performed in a sealed reaction tube, the possibility of contamination is low and the accuracy and reliability of detection are high.

실시간 중합효소연쇄반응은 PCR 증폭과 동시에 증폭 산물을 검출하기 위하여, 브롬화 에티듐(ethidium bromide), 사이버그린Ⅰ(SYBR Green I), 에바그린(EvaGreen) 등 인터칼레이터를 사용하거나, 택맨 프로브(TaqMan probe)(미국 특허 제5,210,015호 및 제5,538,848호) 등의 가수분해성 프로브를 사용하거나, 분자비콘(Molecular beacon)(Tyagi et al, Nature Biotechnology v14 MARCH 1996), 하이비콘(HyBeacon) (French DJ et al, Mol Cell Probes, 15(6):363-374, 2001), 공여체 및 수용체로 각각 표지된 2개의 혼성화 프로브(Bernad et al, 147-148 Clin Chem 2000; 46) 등의 혼성화성 프로브(hybridization probes)를 사용하거나, 또는 선라이즈 프라이머(Sunrise primer)(미국 특허 제6,117,635호), 스콜피온 프라이머(Scorpion primer)(미국 특허 제6,326,145호) TSG 프라이머(WO 제2011/078441호) 등의 표지된 프라이머를 사용한다. 인터칼레이터는 모든 DNA 이중가닥에 끼어들어가는 성질을 가지므로 특이성을 높이거나 표적핵산의 다중 검출을 위해서는 PCR 증폭 후 융해 곡선 분석(melting curve analysis)이 요구되지만, 프로브나 표지된 프라이머 방식의 경우에는 프로브가 표적핵산과 서열 특이적으로 결합하여 신호가 발생하기 때문에 특이성이 높을 뿐만 아니라 표적핵산의 다중 검출을 위한 융해 곡선 분석이 반드시 요구되지는 않는다.Real-time polymerase chain reaction uses an intercalator such as ethidium bromide, SYBR Green I, or EvaGreen to detect amplification products simultaneously with PCR amplification, or uses a TaqMan probe ( Using hydrolyzable probes such as TaqMan probe (US Patent Nos. 5,210,015 and 5,538,848), Molecular beacon (Tyagi et al, Nature Biotechnology v14 MARCH 1996), HyBeacon (French DJ et al. al, Mol Cell Probes, 15(6):363-374, 2001), and two hybridization probes labeled as donor and acceptor, respectively (Bernad et al, 147-148 Clin Chem 2000; 46). probes) or labeled primers such as Sunrise primer (US Patent No. 6,117,635), Scorpion primer (US Patent No. 6,326,145), or TSG primer (WO 2011/078441). Use . Since the intercalator has the property of inserting into all DNA double strands, melting curve analysis is required after PCR amplification to increase specificity or multiplex detection of target nucleic acids, but in the case of probe or labeled primer methods, Since the probe generates a signal by sequence-specific binding to the target nucleic acid, not only is specificity high, but melting curve analysis for multiple detection of the target nucleic acid is not necessarily required.

프로브 방식의 실시간 중합효소연쇄반응을 이용한 표적핵산의 다중 검출은 하나의 시료 내 다양한 유전자를 높은 정확성으로 동시에 검출할 수 있지만, 표적핵산의 수 만큼 서로 다른 신호 분자로 표지된 복합 프로브를 사용하여야 하고 그러한 복합 프로브에서 발생하는 신호를 구별하여 탐지할 수 있어야 한다. Multiple detection of target nucleic acids using probe-based real-time polymerase chain reaction can simultaneously detect various genes in one sample with high accuracy, but complex probes labeled with different signal molecules corresponding to the number of target nucleic acids must be used. It must be possible to distinguish and detect signals generated from such complex probes.

일반적으로 실시간 중합효소연쇄반응에서 신호 분자는 형광 분자를 사용하는데, 사용 가능한 형광 분자의 종류가 파장의 중첩으로 제한되기 때문에 즉 하나의 형광 검출 채널에서는 하나의 단일 형광 신호만 검출할 수 있기 때문에 하나의 반응 튜브에서 동시 검출이 가능한 표적핵산의 수는 4~7가지로 제한되게 된다.Generally, fluorescent molecules are used as signal molecules in real-time polymerase chain reaction, but because the types of fluorescent molecules that can be used are limited by the overlap of wavelengths, that is, only one single fluorescent signal can be detected in one fluorescence detection channel. The number of target nucleic acids that can be simultaneously detected in a reaction tube is limited to 4 to 7.

이러한 한계점을 극복하기 위하여 하나의 검출 채널에서 2가지 이상의 표적핵산을 검출하고자 시도되어 왔다. To overcome these limitations, attempts have been made to detect two or more target nucleic acids in one detection channel.

융해 곡선 분석(Melting curve analysis)은 단일 형광 분자로 표지화된 프라이머나 혼성화성 프로브를 사용하여 PCR 반응 후 온도를 높이거나 온도를 낮추면서 형광의 변화를 측정하여 2가지 이상의 표적핵산을 검출하는 분석법이다. 프라이머나 프로브는 GC 함량이나 길이를 조절함으로써 표적핵산과 고유의 융해온도를 가지도록 설계되어 표적핵산에 따라 특유의 융해 곡선 프로파일이 얻어진다.Melting curve analysis is an analysis method that detects two or more target nucleic acids by measuring changes in fluorescence while increasing or decreasing the temperature after a PCR reaction using primers or hybridization probes labeled with a single fluorescent molecule. . Primers or probes are designed to have a unique melting temperature with the target nucleic acid by controlling the GC content or length, so that a unique melting curve profile is obtained depending on the target nucleic acid.

그런데 이러한 융해 곡선 분석은 표적핵산에 따라 고유의 융해온도를 가지도록 프로브를 설계해야 하고, PCR 반응 종료 후에야 온도 변화를 통해 복수의 표적핵산 검출이 가능하다.However, this melting curve analysis requires designing a probe to have a unique melting temperature depending on the target nucleic acid, and detection of multiple target nucleic acids is possible through temperature changes only after the PCR reaction is completed.

이에 반해 명칭이 "멀티플렉스 PCR 수행 방법"인 국제공개 WO 2018/050824는 PCR의 3단계인 변성, 혼성화 및/또는 연장 단계마다 하나의 단일 형광 신호가 검출 대상 표적핵산에 따라 서로 다른 강도로 발생하도록 가수분해성 프로브를 구성하여 단일 신호로 최대 3가지 표적핵산의 실시간 검출이 가능한 PCR 방법을 개시하고 있다. 그러나 이 방법은 표적핵산에 대한 정확한 정량을 위해서는 각 단계에 따른 신호 강도의 가감 등 데이터의 가공이 필요하다.In contrast, International Publication WO 2018/050824, titled “Method for Performing Multiplex PCR,” states that one single fluorescent signal is generated at different intensities depending on the target nucleic acid to be detected in each of the three steps of PCR: denaturation, hybridization, and/or extension. We are disclosing a PCR method that allows real-time detection of up to three target nucleic acids with a single signal by constructing a hydrolyzable probe to do so. However, this method requires data processing, such as adding or subtracting signal intensity for each step, to accurately quantify the target nucleic acid.

본 발명도 신호 강도의 가감 등 데이터의 가공이 필요하지 않은, 단일 검출 채널에서도 2가지 이상의 표적핵산의 실시간 검출이 가능한 다중 검출 PCR 방법을 개시한다.The present invention also discloses a multiplex detection PCR method that allows real-time detection of two or more target nucleic acids even in a single detection channel without requiring data processing such as adding or subtracting signal intensity.

본 발명의 목적은 단일 검출 채널에서 2가지 이상의 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide a PCR method for real-time detection of two or more target nucleic acids in a single detection channel.

본 발명의 다른 목적이나 구체적인 목적은 이하에서 제시될 것이다.Other or specific purposes of the present invention will be presented below.

본 발명의 단일 검출 채널에서 2가지 이상의 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법은 PCR의 3단계인 변성 단계(Denaturation), 어닐링 단계(Annealing) 및 연장 단계(Extension) 중 어닐링 단계 및 연장 단계에서 각각의 표적핵산에 대한 신호를 검출한다. 즉 2가지 표적핵산 중 어닐링 단계에서 제1의 표적핵산에 대한 신호를 검출하고, 연장 단계에서는 제2의 표적핵산에 대한 신호를 검출한다. 검출된 각각의 신호는 2가지 표적핵산 각각에 대한 정성적 및/또는 정량적 정보를 제공한다. 이때 검출 신호는 2가지 표적핵산 모두에 대해 동일한 단일 신호이며, 이는 하나의 검출 채널에서 검출될 수 있다. The PCR method for real-time detection of two or more target nucleic acids in a single detection channel of the present invention includes three steps of PCR: denaturation, annealing, and extension. Detect the signal for the target nucleic acid. That is, among the two target nucleic acids, the signal for the first target nucleic acid is detected in the annealing step, and the signal for the second target nucleic acid is detected in the extension step. Each detected signal provides qualitative and/or quantitative information about each of the two target nucleic acids. At this time, the detection signal is the same single signal for both target nucleic acids, and can be detected in one detection channel.

이러한 본 발명의 방법은 표적핵산과 결합할 경우 신호물질과 소광물질이 분리되어 신호가 발생하는 구조를 가지는 제1 및 제2의 혼성화성 프로브와 1가지의 소광 프로브(quencher probe)를 사용함에 의하여 가능하다. 제1 및 제2의 혼성화성 프로브는 그것의 표적핵산과의 융해온도가 제1 혼성화성 프로브는 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있고 또 나머지 제2 혼성화성 프로브는 연장 단계의 온도와 변성 단계의 온도 사이에 있다. 소광 프로브는 연장 단계의 온도와 변성 단계의 온도 사이의 융해온도를 가지는 제2 혼성화성 프로브를 소광시킬 수 있다. 소광 프로브의 제2 혼성화성 프로브와의 융해온도는 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있다. 그럼으로써 어닐링 단계에서는 제1 혼성화성 프로브에 의해서만 신호가 발생하고, 연장 단계에서는 소광 프로브가 분리됨으로써 제2 혼성화성 프로브에 의해서만 신호가 발생하게 된다. The method of the present invention uses first and second hybridization probes and one quencher probe, which have a structure in which a signal is generated by separating the signal material and the quencher when binding to the target nucleic acid. possible. The first and second hybridization probes have a melting temperature with their target nucleic acid, the first hybridization probe has a melting temperature between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step, and the second hybridization probe has a melting temperature between the temperature of the extension step and the other second hybridization probe. It is between the temperatures of the denaturation stage. The quenching probe may quench a second hybridization probe having a melting temperature between the temperature of the extension step and the temperature of the denaturation step. The melting temperature of the quenching probe with the second hybridization probe is between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step. As a result, in the annealing step, a signal is generated only by the first hybridization probe, and in the extension step, the quenching probe is separated and a signal is generated only by the second hybridization probe.

이렇게 단일 신호를 사용하여 단일 검출 채널에서 2가지 표적핵산을 PCR 과정 중 실시간 검출을 가능하게 하는 본 발명의 PCR 방법은, 구체적으로는 하기 (a) 내지 (c) 단계를 포함한다: The PCR method of the present invention, which enables real-time detection of two target nucleic acids in a single detection channel using a single signal during the PCR process, specifically includes the following steps (a) to (c):

(a) 분석 대상(또는 검출 대상) 시료에 아래의 (i) ~ (iv)를 포함하는 PCR 반응을 위한 혼합물을 준비하는 단계(a) Preparing a mixture for PCR reaction containing (i) to (iv) below in the sample to be analyzed (or to be detected)

(i) 2가지 표적핵산 각각을 증폭시키기 위한 한 세트의 정방향 및 역방향 프라이머;(i) one set of forward and reverse primers to amplify each of the two target nucleic acids;

(ii) (ii-a) 2가지 표적핵산 중 제1의 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 가지거나, (ii-b) 그 제1의 표적핵산에 의존하여 생성되는 제1의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 가지는, 제1의 혼성화성 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 표적핵산이나 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 서열과 결합함으로써 신호물질과 소광물질이 이격되어 신호가 발생하지만, 연장 단계에서는 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 신호물질과 소광물질이 인접하여 신호가 소멸될 수 있는 구조를 가진 프로브;(ii) (ii-a) a first artificial target nucleic acid that has a specific complementary sequence to the first target nucleic acid among the two target nucleic acids, or (ii-b) is produced depending on the first target nucleic acid. A first hybridization probe having a specific complementary sequence, this hybridization probe has a structure in which the signal substance and the quencher are adjacent to each other and no signal is generated when the target nucleic acid does not bind to the probe, The melting temperature at which it (the first hybridization probe) dissociates from its complementary target nucleic acid or artificial target nucleic acid is the annealing step among the relatively high-temperature denaturation step, relatively low-temperature annealing step, and relatively medium-temperature extension step of the PCR reaction. Between the temperature and the temperature of the extension step, in the annealing step, the signal material and the quenching material are separated by binding to the sequence complementary to it (the first hybridization probe), thereby generating a signal, but in the extension step, the signal material and the quenching material are separated. hybridization probe), a probe having a structure in which a signal substance and a quencher are adjacent and the signal is quenched by dissociating from its complementary sequence;

(iii) 2개 이상의 표적핵산 중 제2의 표적핵산에 의존하여 생성되는 제2의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 갖는 제2의 혼성화성 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 또 상기 신호물질이 결합된 서열에서 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열을 가지며, 또 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 제2의 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 연장 단계의 온도와 변성 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계와 연장 단계에서는 상기 제2의 혼성화성 프로브가 그와 상보적인 제2의 인공 표적핵산과 결합 상태를 유지할 수 있는 프로브; 및(iii) a second hybridization probe having a specific complementary sequence to a second artificial target nucleic acid produced depending on the second target nucleic acid among two or more target nucleic acids, wherein the hybridization probe corresponds to the target nucleic acid When not bound to a probe, the signal material and the quencher are adjacent to each other and have a structure in which no signal is generated, and have a single-stranded sequence extending terminally from the sequence to which the signal material is bound, and it (second The melting temperature at which the hybridization probe dissociates from the second artificial target nucleic acid complementary thereto is the temperature of the extension step and the denaturation step among the relatively high-temperature denaturation step, the relatively low-temperature annealing step, and the relatively medium-temperature extension step of the PCR reaction. A probe capable of maintaining a binding state between the second hybridization probe and a second artificial target nucleic acid complementary thereto during the annealing step and the extension step between temperatures; and

(iv) 상기 제2의 혼성화성 프로브의 상기 연장된 단일가닥 서열에 상보적으로 결합하여 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 소광 물질을 가진 소광 프로브로서, 이 소광 프로브는 상기 제2의 혼성화성 프로브와 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열과 상보적으로 결합할 경우 이 프로브의 소광물질은 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질과 인접하여 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 구조를 가지고, 또 이 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 상기 제2의 혼성화성 프로브와 결합함으로써 제2의 혼성화성 프로브의 신호를 소광시킬 수 있지만, 연장 단계에서는 상기 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 제2의 혼성화성 프로브에서 신호가 발생되도록 할 수 있는 프로브;(iv) a quenching probe having a quenching material capable of quenching the signal material of the second hybridization probe by binding complementary to the extended single-stranded sequence of the second hybridization probe, wherein the quenching probe When complementary to the second hybridization probe and a single-stranded sequence extending toward its end (second hybridization probe), the quencher of this probe is combined with the signal material of the second hybridization probe. It has a structure capable of quenching the signal material of the second hybridization probe adjacent to it, and the melting temperature at which this quenching probe dissociates from its complementary sequence is the relatively high temperature denaturation step of the PCR reaction and the relatively low temperature annealing step. During the extension step and the relative medium temperature, the signal of the second hybridization probe can be quenched by binding to the second hybridization probe in the annealing step between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step, but in the extension step, the signal of the second hybridization probe can be quenched. a probe capable of causing the quenching probe to dissociate from its complementary sequence, thereby generating a signal in a second hybridization probe;

(b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 단일 반응 용기에 넣고 상대적 고온의 변성, 상대적 저온의 혼성화 및 상대적 중온의 연장 단계의 PCR 반응을 2 cycle 이상 수행하는 단계; 및(b) placing the mixture of step (a) in a single reaction vessel and performing two or more cycles of PCR reaction comprising denaturation at relatively high temperature, hybridization at relatively low temperature, and extension step at relatively medium temperature; and

(c) 상기 PCR의 반응의 수행과 동시에, 상기 어닐링 단계에서 상기 제1의 혼성화성 프로브에서 발생하는 신호를 측정하여 상기 제1의 표적핵산을 검출하고, 또 상기 연장 단계에서 상기 제2의 혼성화성 프로브에서 발생하는 신호를 측정하여 상기 제2의 표적핵산을 검출하는 단계.(c) Simultaneously with performing the PCR reaction, the first target nucleic acid is detected by measuring the signal generated from the first hybridization probe in the annealing step, and the second hybridization probe is detected in the extension step. Detecting the second target nucleic acid by measuring the signal generated from the chemical probe.

본 명세서에서, 표적핵산은 문맥에 따라 시료 중의 실제 표적핵산이나 또는 그 실제 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산을 의미하지만, 특별히 명시적 언급이 없을 경우 표적핵산은 시료 중의 실제 표적핵산을 의미한다. In this specification, the target nucleic acid refers to the actual target nucleic acid in the sample or an artificial target nucleic acid produced depending on the actual target nucleic acid, depending on the context. However, unless specifically stated, the target nucleic acid refers to the actual target nucleic acid in the sample. do.

본 발명의 PCR 방법에서, 도 1에 도시된 바의 3가지의 프로브 즉, 제1 및 제2의 혼성화성 프로브(hybridization probes)와 1가지의 소광 프로브(quencher probe)가 사용된다.In the PCR method of the present invention, three probes as shown in Figure 1 are used, namely first and second hybridization probes and one quencher probe.

제1 및 제2의 혼성화성 프로브는 모두 신호물질(R)과 소광물질(Q)을 가지고 있고, 그 신호물질과 소광물질은, 혼성화성 프로브가 표적핵산(target nucleic acid)과 결합하지 않을 경우 서로 인접하여 신호가 발생하지 않지만, 혼성화성 프로브가 표적핵산과 결합할 경우 신호물질과 소광물질이 이격되어 신호가 발생하는 구조를 가진다. 그 구조에는 무작위 코일 구조 또는 스템-루프(stem-loop) 구조가 포함될 수 있다. 그 중 스템-루프 구조를 가지는 혼성화 프로브는 루프 영역에 표적핵산과 특이적으로 결합하는 상보적인 서열이 존재하게 된다. The first and second hybridization probes both have a signal substance (R) and a quencher (Q), and the signal substance and the quencher substance are used when the hybridization probe does not bind to the target nucleic acid. No signal is generated when they are adjacent to each other, but when the hybridization probe binds to the target nucleic acid, the signal material and the quencher are spaced apart to generate a signal. The structure may include a random coil structure or a stem-loop structure. Among them, hybridization probes with a stem-loop structure have a complementary sequence in the loop region that specifically binds to the target nucleic acid.

혼성화성 프로브 중 제2의 혼성화성 프로브는 그 신호물질이 결합한 위치에서 말단 방향(즉 스템 루프 구조에서 루프 구조의 반대 방향)으로 연장된 단일가닥 서열(Extended single strand, ESS)을 가진다.Among the hybridization probes, the second hybridization probe has a single strand sequence (Extended single strand, ESS) extending from the position where the signal substance binds toward the end (i.e., in the opposite direction of the loop structure from the stem-loop structure).

소광 프로브는 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호를 소광시키기 위하여 소광물질을 가진 프로브로서, 상기 제2의 혼성화성 프로브의 연장된 단일가닥 서열(ESS)에 상보적인 서열을 가져 이에 특이적으로 결합할 수 있는 구성을 가진다. 소광 프로브에서 소광물질은 소광 프로브가 제2의 혼성화성 프로브의 연장된 단일가닥 서열(ESS)에 상보적으로 결합할 경우, 그 소광 프로브의 소광물질이 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질과 인접하여 그 신호물질을 소광시킬 수 있는 위치에 존재하게 된다. 그 소광 프로브의 소광물질은, 제2의 혼성화성 프로브에서 신호물질이 3' 말단보다 5' 말단과 가까이 위치한다면(이 경우 제2의 혼성화성 프로브의 소광물질은 3' 말단이나 3' 말단과 가까이 위치함), 소광 프로브의 3' 말단이나 3' 말단과 가까이 위치하게 될 것이고, 제2의 혼성화성 프로브에서 신호물질이 5' 말단보다 3' 말단과 가까이 위치한다면 소광 프로브의 5' 말단이나 5' 말단과 가까이 위치하게 될 것이다. 여기서 신호물질이나 소광물질이 5' 말단이나 3' 말단과 가까이 위치한다는 것은 그 신호물질이나 소광물질이 5' 말단이나 3' 말단 가까이 서열 내(intra-sequence)에 존재한다는 것이다.The quenching probe is a probe with a quenching material to quench the signal of the second hybridization probe, and has a sequence complementary to the extended single-stranded sequence (ESS) of the second hybridization probe and binds specifically to it. It has a configuration that can be done. In a quenching probe, the quenching material is adjacent to the signal material of the second hybridization probe when the quenching probe binds complementary to the extended single-stranded sequence (ESS) of the second hybridization probe. As a result, it exists in a position where the signal material can be quenched. The quencher of the second hybridization probe is located closer to the 5' end than the 3' end of the second hybridization probe (in this case, the quencher of the second hybridization probe is closer to the 3' end or the 3' end). located close to the quenching probe), it will be located close to the 3' end or the 3' end of the quenching probe. If the signal material in the second hybridization probe is located closer to the 3' end than the 5' end, it will be located closer to the 3' end of the quenching probe. It will be located close to the 5' end. Here, the fact that the signal or quencher is located close to the 5' or 3' end means that the signal or quencher is present in an intra-sequence near the 5' or 3' end.

제1의 혼성화성 프로브에서 그것의 표적핵산과의 융해온도는, PCR 반응의 3단계인 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이의 온도를 가진다. 예컨대 변성 단계가 92~98℃에서 수행되고, 어닐링 단계가 50~60℃에서 수행되며, 연장 단계가 70~80℃에서 수행될 경우 상기 융해온도는 65℃ 전후가 될 것이다.The melting temperature of the first hybridization probe with its target nucleic acid is the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step among the three steps of the PCR reaction: a denaturation step at a relatively high temperature, an annealing step at a relatively low temperature, and an extension step at a relatively medium temperature. It has a temperature between For example, if the denaturation step is performed at 92 to 98°C, the annealing step is performed at 50 to 60°C, and the extension step is performed at 70 to 80°C, the melting temperature will be around 65°C.

제1의 혼성화성 프로브가 이러한 융해온도를 가질 경우 어닐링 단계에서는 그 제1의 혼성화성 프로브가 표적핵산과 결합함으로써 신호물질과 소광물질이 이격되어 신호가 발생하지만, 연장 단계에서는 제1의 혼성화성 프로브가 표적핵산과 해리되어 원래의 스템-루프 구조를 취함으로써 신호물질과 소광물질이 인접하게 되어 신호가 소멸되게 된다.When the first hybridization probe has this melting temperature, in the annealing step, the first hybridization probe binds to the target nucleic acid, thereby separating the signal material and the quenching material, thereby generating a signal, but in the extension step, the first hybridization probe binds to the target nucleic acid and a signal is generated. As the probe dissociates from the target nucleic acid and assumes its original stem-loop structure, the signal material and the quencher become adjacent to each other, causing the signal to disappear.

이에 반하여 제2의 혼성화성 프로브에서는 그것의 표적핵산과의 융해온도가 PCR 반응의 3단계인 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 연장 단계의 온도와 변성 단계의 온도 사이의 온도를 가진다. 따라서 어닐링 단계와 연장 단계 모두에서 제2의 혼성화성 프로브는 표적핵산과 결합한 상태를 유지하게 되며, 다만 소광 프로브의 작용에 의하여 어닐링 단계에서는 신호가 발생하지 않고 연장 단계에서만 신호가 발생하게 된다.On the other hand, in the second hybridization probe, the melting temperature with the target nucleic acid is the temperature of the extension step and the denaturation step among the three steps of the PCR reaction: a denaturation step at a relatively high temperature, an annealing step at a relatively low temperature, and an extension step at a relatively medium temperature. It has a temperature between temperatures. Therefore, in both the annealing step and the extension step, the second hybridization probe remains bound to the target nucleic acid, but due to the action of the quenching probe, no signal is generated in the annealing step and a signal is generated only in the extension step.

소광 프로브는 그것의 제2의 혼성화성 프로브와의 융해온도가 PCR 반응의 3단계인 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있게 되며, 따라서 전술한 바와 같이, 소광 프로브는 어닐링 단계에서는 제2의 혼성화성 프로브와 결합 상태를 유지하여 제2의 혼성화성 프로브의 신호를 소광시키지만, 연장 단계에서는 해리됨으로써 제2의 혼성화성 프로브에서 신호가 발생하도록 한다.The quenching probe has a melting temperature with its second hybridization probe that is between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step during the three steps of the PCR reaction: a relatively high temperature denaturation step, a relatively low temperature annealing step, and a relatively medium temperature extension step. Therefore, as described above, the quenching probe remains bound to the second hybridization probe in the annealing step and quenches the signal of the second hybridization probe, but dissociates in the extension step, thereby forming the second hybridization probe. Let the probe generate a signal.

전술한 바의 본 발명의 PCR 방법의 개념도가 도 2에 도시되어 있다.A conceptual diagram of the PCR method of the present invention as described above is shown in Figure 2.

이와 같이 본 발명에서는 3가지 프로브를 사용하면 PCR 과정 중 단일 신호를 사용하더라도 2가지 표적핵산에 대한 신호를 각각 어닐링 단계 및 연장 단계에서 검출함으로써 그 2가지 표적핵산의 검출이 가능한데, 이 경우 어닐링 단계 및 연장 단계의 검출 신호는 서로 간섭 없이 얻어지게 된다. 즉 어닐링 단계에서 얻어지는 검출 신호는 2가지 표적핵산 중 오로지 제1 표적핵산에 대한 검출 신호가 되고, 연장 단계에서 얻어지는 검출 신호는 2가지 표적핵산 중 오로지 제2 표적핵산에 대한 검출 신호가 된다. 따라서 이들 검출 신호는 동일한 단일 신호를 사용하여 얻어진 것으로 서로 간 가감 등의 데이터 가공의 필요가 없으므로, 신호 강도와 PCR 사이클 수로 구성되는 PCR 결과 그래프에서 2가지 표적핵산의 검출 여부(정성 정보)와 검출 정도(정량 정보)를 손쉽게 확인할 수 있게 된다. 이는 본 발명의 방법 수행자로 하여금 PCR 결과 그래프에서 표적핵산의 검출 여부를 곧바로 확인할 수 있어 매우 편리할 뿐만 아니라, 형광 물질의 종류를 달리한 다중 실시간 PCR 방법에 있어서는 하나의 반응 튜브에서 동시 검출이 가능한 핵산의 종류를 2배까지 높일 수 있다. 예컨대 다중 실시간 PCR 방법에서 5가지 형광 물질을 사용할 경우 하나의 형광 물질로 2가지 표적핵산의 검출이 가능하므로 10가지 표적핵산의 동시 검출이 가능하게 된다. In this way, in the present invention, by using three probes, even if a single signal is used during the PCR process, the two target nucleic acids can be detected by detecting the signals for the two target nucleic acids in the annealing step and the extension step, respectively. In this case, the annealing step and the detection signals of the extension step are obtained without interference with each other. That is, the detection signal obtained in the annealing step is a detection signal only for the first target nucleic acid among the two target nucleic acids, and the detection signal obtained in the extension step is a detection signal only for the second target nucleic acid among the two target nucleic acids. Therefore, these detection signals are obtained using the same single signal, and there is no need for data processing such as addition or subtraction, so in the PCR result graph consisting of signal intensity and number of PCR cycles, it is possible to determine whether two target nucleic acids are detected (qualitative information) and whether they are detected. The degree (quantitative information) can be easily confirmed. This is not only very convenient as it allows the operator of the method of the present invention to immediately check whether the target nucleic acid has been detected in the PCR result graph, but also allows simultaneous detection in one reaction tube in the case of multiple real-time PCR methods using different types of fluorescent substances. The type of nucleic acid can be increased by up to two times. For example, when five types of fluorescent substances are used in a multiplex real-time PCR method, two target nucleic acids can be detected with one fluorescent substance, making simultaneous detection of ten target nucleic acids possible.

본 발명에서, 상기 3가지 프로브는 그것의 상보적 표적핵산(소광 프로브는 제2의 혼성화성 프로브) 등과의 융해온도를 고려하여 그 서열이 설계되어야 하는데, 이러한 융해온도를 고려한 서열의 설계는 GC 함량, 서열 길이 또는 이들을 함께 조절하여 이루어질 수 있다. 이러한 융해온도를 고려한 프로브 서열의 설계에는 당업계에 공지된 문헌[Unit Evol. Genet. 2005; 5:1-9]; 문헌[Afr. Jo. Biotechnol. 2003; 2:91-95], 문헌[Methods Mol. Biol. 1993; 15:31-40], 문헌[PCR Methods Appl. 1993; 3:S30-S37], 문헌[Nucleic Acids Res. 1994; 22:2760-2768] 등 다양한 문헌을 참조하고, Visual OMP™ 소프트웨어 (DNA Software, Inc, Ann Arbor, Mich), Oli2go™ 소프트웨어(Nucleic Acids Res. 2018 Jul 2; 46(Web Server issue): W252-W256) 등 시판되는 프로그램의 활용이 바람직할 수 있다. In the present invention, the sequences of the three probes must be designed in consideration of the melting temperature with their complementary target nucleic acid (the quenching probe is the second hybridization probe), and the design of the sequence considering this melting temperature is GC. This can be achieved by controlling the content, sequence length, or both together. For the design of probe sequences considering this melting temperature, refer to literature known in the art [Unit Evol. Genet. 2005; 5:1-9]; Literature [Afr. Jo. Biotechnology. 2003; 2:91-95], Methods Mol. Biol. 1993; 15:31-40], PCR Methods Appl. 1993; 3:S30-S37], Nucleic Acids Res. 1994; 22:2760-2768], Visual OMP™ software (DNA Software, Inc, Ann Arbor, Mich), Oli2go™ software (Nucleic Acids Res. 2018 Jul 2; 46 (Web Server issue): W252- It may be desirable to use commercially available programs such as W256).

본 발명에서, 제2의 혼성화성 프로브는 그것의 표적핵산과의 융해온도가 상대적 중온의 연장 단계 및 상대적 고온의 변성 단계 사이에 있어, 연장 단계에서 표적핵산과 결합된 상태에 있게 되어, 연장 반응(중합 반응)이 진행될 경우 폴리머라아제에 의해(즉 Taq 폴리머라아제 등의 뉴클레아제 활성에 의해) 택맨(TaqMan) 프로브 등 가수분해성 프로브와 같이 가수분해될 수 있다. 제2의 혼성화성 프로브가 연장 단계에서 표적핵산과 결합된 상태에 있다가 가수분해될 경우 그 가수분해에 의해 가수분해성 프로브처럼 신호가 발생하며 그 발생한 신호는 PCR 반응의 다음 사이클의 어닐링 단계에서 제1 혼성화성 프르브의 신호와 함께 검출되게 되므로, 제1 혼성화성 프르브의 신호가 제1 표적핵산에 대한 검출 정보(즉 정성적·정량적 정보)를 정확히 반영하지 못하게 되는 문제점이 발생하게 된다. In the present invention, the second hybridization probe has a melting temperature with the target nucleic acid between the extension step at a relatively medium temperature and the denaturation step at a relatively high temperature, so that it is bound to the target nucleic acid in the extension step, thereby carrying out an extension reaction. When the (polymerization reaction) proceeds, it may be hydrolyzed by polymerase (i.e., by nuclease activity such as Taq polymerase) like a hydrolyzable probe such as a TaqMan probe. When the second hybridization probe is hydrolyzed after being bound to the target nucleic acid in the extension step, a signal is generated like a hydrolyzable probe due to the hydrolysis, and the generated signal is transmitted in the annealing step of the next cycle of the PCR reaction. Since it is detected together with the signal of the first hybridization probe, a problem arises in that the signal of the first hybridization probe does not accurately reflect detection information (i.e., qualitative and quantitative information) about the first target nucleic acid.

따라서 본 발명에서, 제2의 혼성화성 프로브가 상보적으로 인식하여 특이적으로 결합하는 표적핵산은 실제 검출하고자 하는 시료 중의 검출 대상인 표적핵산(즉 실제 표적핵산 또는 제2의 실제 표적핵산)이어서는 안되고, 그러한 실제 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산이어야 한다. Therefore, in the present invention, the target nucleic acid that the second hybridization probe recognizes complementary and specifically binds to is the target nucleic acid to be detected in the sample to be actually detected (i.e., the actual target nucleic acid or the second actual target nucleic acid). No, it must be an artificial target nucleic acid produced depending on the actual target nucleic acid.

이러한 인공 표적핵산은 실제 표적핵산에 정량적으로 의존하여 생성되어 그 실제 표적핵산의 정성적 분석뿐만 아니라 정량적 분석까지 가능하게 하는 것이 바람직한데, 이렇게 실제 표적핵산에 의존하는 인공 표적핵산의 생성 기술은 당업계에 다양한 기술이 공지되어 있다. 그러한 인공 표적핵산의 생성 기술로서 예컨대 명칭이 "절단된 상보적인 태그 절편을 이용한 표적핵산 서열 검출 방법 및 그 조성물(METHOD FOR DETECTING TARGET NUCLEIC ACID SEQUENCE USING CLEAVED COMPLEMENTARY TAG FRAGMENT AND COMPOSITION THEREOF)"인 국제 공개특허 WO 2017188669가 개시하는 C-TAG(Cleavable Tag) 기술, 명칭이 "PTO 절단 및 연장-의존적 시그널링 올리고뉴클레오타이드 혼성화를 이용한 타겟 핵산서열의 검출(DETECTION OF TARGET NUCLEIC ACID SEQUENCE BY PTO CLEAVAGE AND EXTENSION-DEPENDENT SIGNALING OLIGONUCLEOTIDE HYBRIDIZATION ASSAY)"인 국제 공개특허 WO 2013115442가 개시하는 PCE-SH(PTO Cleavage and Extension-Dependent Signaling Oligonucleotide Hybridization) 기술 등을 들 수 있다.It is desirable that such artificial target nucleic acid is produced in quantitative dependence on the actual target nucleic acid to enable qualitative as well as quantitative analysis of the actual target nucleic acid. The technology for producing artificial target nucleic acid that depends on the actual target nucleic acid is Various technologies are known in the industry. As a technology for producing such artificial target nucleic acids, for example, an international published patent entitled "METHOD FOR DETECTING TARGET NUCLEIC ACID SEQUENCE USING CLEAVED COMPLEMENTARY TAG FRAGMENT AND COMPOSITION THEREOF" C-TAG (Cleavable Tag) technology disclosed by WO 2017188669, named "DETECTION OF TARGET NUCLEIC ACID SEQUENCE BY PTO CLEAVAGE AND EXTENSION-DEPENDENT SIGNALING OLIGONUCLEOTIDE Examples include the PCE-SH (PTO Cleavage and Extension-Dependent Signaling Oligonucleotide Hybridization) technology disclosed by International Publication Patent WO 2013115442, “HYBRIDIZATION ASSAY”.

C-TAG 기술은 인위적 임의의 서열로 이루어진 서열이 제한효소로 절단될 수 있는 서열과 함께 도입된 프라이머를 사용하여 표적핵산을 증폭하고 그 표적핵산의 증폭과 함께 그 제한효소의 작용에 의하여 상기 인위적 임의의 서열에 상보적인 태그(C-TAG)가 발생되면, 그 태그를 혼성화성 프로브 등으로 검출하여 표적핵산을 검출하는 기술이다. 이때 표적핵산이 존재하지 않을 경우 제한효소가 작용하지 않게 되므로 태그는 발생하지 않게 되며, 표적핵산 존재할 경우에는 그에 정량적으로 비례하여 태그가 발생하므로 태그 검출을 통하여 표적핵산의 정성적, 정량적 검출이 가능해진다. 태그는 그 자체를 혼성화성 프로브로 검출하거나, 태그가 그 서열 길이가 혼성화성 프로브보다 짧을 경우 혼성화성 프로브에 대해 프라이머로서 작용하도록 하여 표적핵산처럼 연장 반응에 의해 연장되도록 함으로써 혼성화성 프로브의 신호를 커짐(signal-off)에서 켜짐(signal-on)으로 전환시켜 검출할 수 있다. 전술한 바의 C-TAG 기술 구체적인 작용 방식은 국제 공개특허 WO 2017188669를 참조할 수 있다. 이 문헌은 본 명세서에서 인용되는 모든 문헌과 함께 본 명세서의 일부로서 간주된다. 이들 C-TAG 기술의 작용 방식 개념도는 도 3에 도시되어 있다.C-TAG technology amplifies a target nucleic acid using a primer introduced with a sequence consisting of an artificial random sequence and a sequence that can be cut with a restriction enzyme, and amplifies the target nucleic acid and the artificial This is a technology that detects the target nucleic acid by detecting the tag (C-TAG) complementary to a certain sequence with a hybridization probe. At this time, if the target nucleic acid is not present, the restriction enzyme does not work, so the tag is not generated. If the target nucleic acid is present, the tag is generated in quantitative proportion to the target nucleic acid, so qualitative and quantitative detection of the target nucleic acid is possible through tag detection. It becomes. The tag itself can be detected as a hybridization probe, or if the tag's sequence length is shorter than the hybridization probe, it can act as a primer for the hybridization probe and be extended by an extension reaction like a target nucleic acid, thereby increasing the signal of the hybridization probe. It can be detected by switching from loud (signal-off) to on (signal-on). For the specific operation method of the above-described C-TAG technology, refer to International Publication Patent WO 2017188669. This document, together with all documents cited herein, is considered a part of this specification. A conceptual diagram of how these C-TAG technologies work is shown in Figure 3.

PCE-SH 기술은 표적핵산을 증폭시, 3'말단이 HEG (hexaethylene glycol), 인산기(phosphate group) 등으로 블록킹(blocking)되어 있으면서 표적핵산에 대한 상보적 프로브 서열과 함께 인위적 임의의 태그 서열을 가진 PTO(Probing and Tagging Oligonucleotide)를 사용하여 그 표적핵산의 증폭과 함께, 분할된 이중가닥(bifurcated duplex)이 있을 경우 엔도뉴클레아제 활성에 의해 단일가닥의 5' 태그를 발생시키는 Taq 폴리머라아제의 작용에 의하여(Proc Natl Acad Sci U S A. 1999 May 25; 96(11): 6143-6148), 인위적 임의의 서열만으로 구성된 PTO 단편(즉 인위적 임의 서열의 5' 태크)을 발생시키고, 이 PTO 단편이 CTO(Capturing and Templating Oligonucleotide)에 대해 프라이머로 작용하여 표적핵산의 연장 반응시 함께 연장되도록 함으로써 신규 연장 서열이 생기면 그 신규 연장 서열을 혼성화성 프로브 등으로 검출하여 표적핵산을 검출하는 기술이다. 여기서도 표적핵산이 존재하지 않을 경우 PTO 단편이 발생하지 않아 신규 연장 서열이 발생하지 않으며, 표적핵산이 존재할 경우에는 그 표적핵산의 양에 비례하여 신규 연장 서열이 발생하므로 그 신규 연장 서열을 검출하게 되면 표적핵산의 정성적, 정량적 검출이 가능해진다. 또 이 경우에 있어서도 PTO 단편을 혼성화성 프로브에 대해 프라이머로 작용하도록 하여 표적핵산처럼 연장 반응에 의하여 연장되도록 함으로써 혼성화성 프로브의 신호를 커짐(signal-off)에서 켜짐(signal-on)으로 전환시켜 검출할 수 있다. 이러한 PCE-SH 기술의 구체적인 작용 방식에 대해서는 국제 공개특허 WO 2013115442를 참조할 수 있다.When amplifying a target nucleic acid, the PCE-SH technology uses an artificial random tag sequence along with a probe sequence complementary to the target nucleic acid while the 3' end is blocked with HEG (hexaethylene glycol), a phosphate group, etc. Taq polymerase that amplifies the target nucleic acid using PTO (Probing and Tagging Oligonucleotide) and generates a single-stranded 5' tag through endonuclease activity when there is a bifurcated duplex. By the action of (Proc Natl Acad Sci U S A. 1999 May 25; 96(11): 6143-6148), a PTO fragment consisting of only an artificial random sequence (i.e., a 5' tag of an artificial random sequence) is generated, and this PTO This is a technology in which the fragment acts as a primer for CTO (Capturing and Templating Oligonucleotide) and extends together during the extension reaction of the target nucleic acid, so that when a new extended sequence is created, the new extended sequence is detected with a hybridization probe, etc. to detect the target nucleic acid. Here too, if the target nucleic acid is not present, no PTO fragment is generated and no new extended sequence is generated. If the target nucleic acid is present, a new extended sequence is generated in proportion to the amount of the target nucleic acid, so when the new extended sequence is detected, Qualitative and quantitative detection of target nucleic acids becomes possible. Also, in this case, the PTO fragment acts as a primer for the hybridization probe and is extended by an extension reaction like the target nucleic acid, thereby switching the signal of the hybridization probe from signal-off to signal-on. It can be detected. For details on how this PCE-SH technology works, refer to International Publication Patent WO 2013115442.

또한 인공 표적핵산을 생성시키는 기술은 전술한 바의 C-TAG 기술이나 PCE-SH 기술 이외에도 PTOCE(Probing & Tagging Oligonucleotide Cleavage and Extension) 기술(국제 공개특허 WO 2012096523), PCE-NH(PTO Cleavage and Extension-Dependent Non-Hybridization) 기술(국제출원 제PCT/KR2013/012312호) 등을 예시할 수 있으며, 이들 PTOCE 기술이나 PCE-NH 등은 PCE-SH 기술과 유사하게 모두 표적핵산에 대한 상보적 프로브 서열과 함께 인위적 임의의 태그 서열을 가진 PTO(Probing and Tagging Oligonucleotide)를 사용하여 인위적 임의의 서열만으로 된 PTO 단편(즉 인위적 임의 서열의 5' 태크)을 발생시키고 이 단편이 CTO(Capturing and Templating Oligonucleotide)를 주형으로 연장되어 신규 서열이 발생되도록 하여 그 신규 서열을 검출하는 단계를 포함한다. 인위적 임의의 서열만으로 구성된 PTO 단편에서 연장된 신규 서열이 인공 표적핵산이 되며, 이 인공 표적핵산은 시료의 실제 표적핵산에 의존하여 정성적, 정량적으로 생성된다.In addition, technologies for generating artificial target nucleic acids include, in addition to the C-TAG technology and PCE-SH technology described above, PTOCE (Probing & Tagging Oligonucleotide Cleavage and Extension) technology (International Patent Publication WO 2012096523) and PCE-NH (PTO Cleavage and Extension). -Dependent Non-Hybridization) technology (international application no. PCT/KR2013/012312), etc., and similar to the PCE-SH technology, these PTOCE technologies and PCE-NH all have complementary probe sequences for the target nucleic acid. Using PTO (Probing and Tagging Oligonucleotide) with an artificial random tag sequence, a PTO fragment (i.e., 5' tag of artificial random sequence) with only an artificial random sequence is generated, and this fragment is a CTO (Capturing and Templating Oligonucleotide). It includes the step of extending to a template to generate a new sequence and detecting the new sequence. A new sequence extended from a PTO fragment composed of only artificial random sequences becomes an artificial target nucleic acid, and this artificial target nucleic acid is generated qualitatively and quantitatively depending on the actual target nucleic acid of the sample.

본 발명에서 인공 표적핵산은 시료 중 표적핵산이 존재할 경우에만 생성되거나 시료 중 표적핵산이 존재할 경우에만 그 존재량에 비례하여 생성되는, 신규로 합성되는 서열의 핵산으로, 상기 C-TAG 기술에 있어서는 상기 태그나 그 태그가 혼성화성 프로브에 대해 프라이머로 작용할 경우 혼성화성 프로브를 주형으로 하여 그 태그에서 연장되어 신규로 생성된 서열을 말하며, 상기 PCE-SH 기술에 있어서는 CTO나 혼성화성 프로브를 주형으로 하여 프라이머로 작용하는 PTO 단편에서 연장되어 신규로 합성된 서열을 말한다.In the present invention, the artificial target nucleic acid is a nucleic acid of a newly synthesized sequence that is produced only when the target nucleic acid is present in the sample or in proportion to the amount of the target nucleic acid only when the target nucleic acid is present in the sample. In the C-TAG technology, When the tag or the tag acts as a primer for a hybridization probe, it refers to a newly created sequence extended from the tag using the hybridization probe as a template. In the PCE-SH technology, a CTO or a hybridization probe is used as a template. This refers to a newly synthesized sequence that is extended from the PTO fragment that acts as a primer.

본 발명에서, 상기 제2의 혼성화성 프로브는 전술한 바와 같이 실제 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산을 검출하여야 하지만, 제1의 혼성화성 프로브는 그것의 표적핵산과의 융해온도가 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 사이에 있어 연장 단계에서 표적핵산과 해리된 상태에 있게 되어 연장 반응시 분해될 염려가 없으므로, 상기 제1의 혼성화성 프로브가 검출하는 핵산은 시료 중의 실제 표적핵산이든 그 실제 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산이든 무방하다. In the present invention, the second hybridization probe must detect the artificial target nucleic acid produced depending on the actual target nucleic acid as described above, but the first hybridization probe has a melting temperature with the target nucleic acid at a relatively low temperature. Between the annealing step and the extension step at relatively medium temperature, the nucleic acid is in a dissociated state from the target nucleic acid during the extension step and there is no risk of decomposition during the extension reaction, so the nucleic acid detected by the first hybridization probe is the actual target nucleic acid in the sample. It may be an artificial target nucleic acid produced depending on the actual target nucleic acid.

본 발명에서, 프로브는 표적핵산(시료 중의 실제 표적핵산이나 인공 표적핵산)을 검출하기 위한 올리고뉴클오티드(Oligonucleotide)로서, 표적핵산에 대해 상보적인 염기서열을 포함하고 있어 표적핵산과 특이적인 결합 능력을 가지는 핵산이나 핵산 유사체를 의미한다. 프로브는 표적핵산과 특이적인 결합 능력을 가지는 한 DNA 뿐만 아니라 RNA일 수 있으며(본 발명의 프로브가 RNA일 경우 상기 서열번호의 염기서열에서 "T"는 "U"로 읽힌다), 또한 뉴클레아제나 열에 안정한 PNA(Peptide Nucleic Acid), LNA(Locked Nucleic Acid), HNA(Hexitol Nucleic Acids), ANA(Altritol Nucleic Acids), MNA(Mannitol Nucleic Acids) 등의 핵산 유사체일 수도 있다. 프로브는 또한 표적핵산과 특이적인 결합 능력을 가지는 한 자연적 뉴클레오티드(natural nucleotide) 뿐만 아니라 변형된 뉴클레오티드(modified nucleotide)를 포함할 수 있다. 이러한 변형된 뉴클레오티드는 그 당, 그 포스페이트 및/또는 그 염기에서 변형된 것일 수 있다. 이러한 당, 포스페이트 및/또는 염기에서 변형된 뉴클레오티드는 당업계에 그 제조방법을 포함하여 구체적으로 공지되어 있다. 예컨대 당에서 변형된 뉴클레오티드는, 그 당의 하이드록실 기(OH group)가 할로겐 기, 지방족 기, 에테르 기, 아민 기 등으로 수식된 것, 당인 리보스 또는 디옥시 리보오스 자체가 이를 대신할 수 있는 당 유사체 α-아노머 당(α-anomeric sugars), 아라비노스(arabinose), 자일로스(xyloses) 또는 릭소오스(lyxoses)와 같은 에피머 당(epimeric sugars), 피라노오스 당(pyranose sugars), 퓨라노오스 당(furanose sugars) 등으로 치환된 것을 들수 있다. 또한 예컨대 포스페이트에서의 변형은 포스페이트가 P(O)S(thioate), P(S)S(dithioate), P(O)NR2(amidate), P(O)R, P(O)OR', CO 또는 CH2(formacetal)로의 변형된 것 등을 들수 있다. 여기서 상기 R 또는 R'는 H 또는 치환되거나 치환되지 않은 알킬 등이며, 포스페이트에서 변형될 경우 그 연결기는 -O-, -N-, -S- 또는 -C-가 되어, 이러한 연결기를 통해 인접 뉴클레오티드가 서로 결합하게 된다.In the present invention, a probe is an oligonucleotide for detecting a target nucleic acid (actual target nucleic acid or artificial target nucleic acid in a sample), and contains a base sequence complementary to the target nucleic acid, thereby binding specifically to the target nucleic acid. It refers to a nucleic acid or nucleic acid analogue that has the ability. The probe may be RNA as well as DNA as long as it has a specific binding ability with the target nucleic acid (if the probe of the present invention is RNA, "T" is read as "U" in the base sequence of the above sequence number), and may also be a nuclease or RNA. It may be a nucleic acid analogue such as heat-stable PNA (Peptide Nucleic Acid), LNA (Locked Nucleic Acid), HNA (Hexitol Nucleic Acids), ANA (Altritol Nucleic Acids), or MNA (Mannitol Nucleic Acids). Probes may also contain natural nucleotides as well as modified nucleotides as long as they have the ability to specifically bind to the target nucleic acid. These modified nucleotides may be modified in their sugars, phosphates and/or bases. Nucleotides modified from such sugars, phosphates and/or bases are specifically known in the art, including methods for their preparation. For example, a nucleotide modified from a sugar is one in which the hydroxyl group (OH group) of the sugar is modified with a halogen group, aliphatic group, ether group, amine group, etc., and the sugar ribose or deoxyribose itself is a sugar analogue that can replace it. α-anomeric sugars, epimeric sugars such as arabinose, xyloses or lyxoses, pyranose sugars, furanos Examples include those substituted with furanose sugars, etc. Also, for example, modifications in phosphate can cause phosphate to form P(O)S(thioate), P(S)S(dithioate), P(O)NR2(amidate), P(O)R, P(O)OR', CO Or transformation into CH2 (formacetal), etc. Here, R or R' is H or substituted or unsubstituted alkyl, etc., and when modified from phosphate, the linking group becomes -O-, -N-, -S- or -C-, and the linking group becomes -O-, -N-, -S- or -C-, and the linking group is used to connect adjacent nucleotides. are combined with each other.

프로브에서 표적핵산과의 상보적인 서열은 그것이 표적핵산과 특이적 결합 능력을 부여하는 한 100% 상보적인 필요는 없으며, 적어도 약 80%, 바람직하게는 적어도 약 85%, 보다 바람직하게는 적어도 약 90%, 95% 또는 99%이어도 무방하다.The complementary sequence to the target nucleic acid in the probe need not be 100% complementary, as long as it confers specific binding ability to the target nucleic acid, but is at least about 80% complementary, preferably at least about 85%, and more preferably at least about 90% complementary. It may be %, 95% or 99%.

본 발명에서, 혼성화성 프로브는 표적핵산과 상보적 서열을 가짐과 함께 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지는 프로브를 말한다. 혼성화성 프로브는 스템 루프 구조일 수 있다. 이 경우 루프 영역에 표적핵산과 상보적 서열이 위치하고 스템 영역 내(intra-stem) 또는 그 말단에 신호물질과 소광물질이 위치한다. 혼성화성 프로브는 그것이 표적핵산과 결합할 경우 신호물질과 소광물질이 이격됨으로써 신호를 발생시킨다. 일반적으로 신호물질로 형광물질을 사용하므로 이러한 신호는 형광신호이다. 신호물질과 소광물질을 올리고뉴클레오티드인 프로브에 표지화키는 방법이나 그러한 프로브를 제조하는 방법은 고체상 1단계 화학적 표지화 방법(Direct chemical labeling via solid-phase synthesis), 고체상 2단계 화학적 표지화 방법(Two-step chemical labeling via solid-phase synthesis) 등을 포함하여 다양한 방법이 당업계에 공지되어 있고, 또한 문헌[Chem. Soc. Rev., 2020, 49, 8749-8773], 문헌[ACS Cent. Sci., 2017, 3, 701-707], 문헌[Curr. Opin. Biotechnol., 2015, 31, 42-49], 문헌[Annual Review of Physiology, ed. D. Julius, 2017, vol. 79, pp. 93-117] 등 다양한 문헌이 공지되어 있다. 표지화 방법과 관련하여 구체적인 것은 이들 문헌을 참조할 수 있다.In the present invention, a hybridization probe refers to a probe that has a complementary sequence to the target nucleic acid and has a structure in which a signal substance and a quencher are adjacent to each other and no signal is generated when the target nucleic acid does not bind to the probe. The hybridization probe may have a stem-loop structure. In this case, a sequence complementary to the target nucleic acid is located in the loop region, and a signal substance and a quencher are located within the stem region (intra-stem) or at its end. A hybridization probe generates a signal by separating the signal substance and the quencher when it binds to the target nucleic acid. Since fluorescent substances are generally used as signal substances, these signals are fluorescent signals. Methods for labeling signal substances and quenching substances on oligonucleotide probes, and methods for producing such probes include direct chemical labeling via solid-phase synthesis and two-step solid-phase chemical labeling. Various methods, including chemical labeling via solid-phase synthesis, are known in the art, and are also known in the literature [Chem. Soc. Rev., 2020, 49, 8749-8773], ACS Cent. Sci., 2017, 3, 701-707], Curr. Opin. Biotechnol., 2015, 31, 42-49], Annual Review of Physiology, ed. D. Julius, 2017, vol. 79, pp. 93-117] and other various documents are known. For specific information regarding labeling methods, please refer to these documents.

본 발명에서 제1 혼성화성 프로브는 분자 비콘(molecular beacon)일 수 있다. In the present invention, the first hybridization probe may be a molecular beacon.

본 발명에서, 분석 대상 시료는 검출하고자 하는 표적핵산을 포함하거나 포함하고 있을 것으로 의심되어 검출의 필요성을 가지는 임의의 혼합물 또는 용액일 수 있다. 시료는 인체 또는 동물로부터 얻어진 생체시료뿐만 아니라 그러한 생체시료를 가공하여 표적핵산의 농도를 높인 가공시료일 수 있고, 나아가 표적핵산이 포함되어 있거나 있을 것으로 여겨지는 물, 식품, 산업폐수 등, 환경오염인자, 독성인자, 식품 가공 기기로부터 얻어진 유기물 시료 등 검사가 필요한 시료일 수도 있다. 이러한 시료는 적정 희석제, 완충용액을 포함할 수 있으며, 세균이나 바이러스 존재 여부를 검출하고자 할 때에는 배지나 배지 성분이 포함되어 있는 세균 배양물, 바이러스 배양물일 수도 있다.In the present invention, the sample to be analyzed may be any mixture or solution for which detection is necessary because it contains or is suspected of containing the target nucleic acid to be detected. The sample may be a biological sample obtained from the human body or an animal, as well as a processed sample in which the concentration of the target nucleic acid is increased by processing such a biological sample, and furthermore, environmental pollution such as water, food, industrial wastewater, etc. that contains or is believed to contain the target nucleic acid. These may be samples that require testing, such as factors, toxic factors, or organic matter samples obtained from food processing equipment. These samples may contain appropriate diluents and buffer solutions, and when trying to detect the presence of bacteria or viruses, they may be bacterial cultures or viral cultures containing media or media components.

또 본 발명에서, 분석 대상 시료는 바람직하게는 인체 또는 동물로부터 얻어진 생체시료 또는 그 가공시료일 수 있다. 생체시료는 전혈, 혈청, 혈장, 제대혈, 소변, 분변, 타액, 코점액, 정액, 양수, 세척액(기관지 폐포, 위, 복강, 귀 등), 림프액, 객담, 조직, 세포 등 검출하고자 하는 표적핵산을 포함하거나 포함하고 있을 것으로 의심되어 검출의 필요성을 가지는 인체 또는 동물로부터 얻어진 것일 수 있다. 가공시료는 예컨대 혈장, 혈청, 생체시료를 핵산 추출 키트를 이용하여 핵산(DNA 및/또는 RNA) 농도를 높인 시료, 조직 추출물, 조직에서 얻어진 세포, 세포 용해물, 세포 배양물, 세균 배양물, 바이러스 배양물 등일 수 있다.Additionally, in the present invention, the sample to be analyzed may preferably be a biological sample obtained from a human body or an animal or a processed sample thereof. Biological samples include whole blood, serum, plasma, umbilical cord blood, urine, feces, saliva, nasal mucus, semen, amniotic fluid, lavage fluid (bronchoalveolar, stomach, abdominal cavity, ear, etc.), lymphatic fluid, sputum, tissues, cells, etc. Target nucleic acid to be detected It may be obtained from a human body or animal that contains or is suspected of containing , making detection necessary. Processed samples include, for example, plasma, serum, biological samples with increased nucleic acid (DNA and/or RNA) concentration using a nucleic acid extraction kit, tissue extracts, cells obtained from tissues, cell lysates, cell cultures, bacterial cultures, It may be a virus culture, etc.

또 본 발명에서, 표적핵산은 검출 대상 핵산으로 그 존재 및/또는 존재량이 검출되거나 측정됨으로써 질병의 진단이나 예후, 생물학적 지표의 확인뿐만 아니라 그것의 기능이나 성질 등의 연구에 이용 등, 어떤 유용함을 가져올 수 있는 임의의 핵산을 의미한다. 표적핵산은 프로브(즉 제1 또는 제2 혼성화성 프로브)가 결합하는 서열 즉 프로브에 상보적인 서열을 포함하는 단일가닥 DNA, 또는 그 단일가닥 DNA가 결합된 이중가닥 DNA를 의미한다. 이 단일가닥 또는 이중가닥 DNA는 시료, 특히 생체 시료 중의 게놈 DNA이거나, mRNA, rRNA, 마이크로 RNA 등 RNA에서 역전사에 의해 생성된 cDNA이거나, 실제 표적핵산에 의존하여 생성되는, 인위적 임의의 서열로 구성된, 전술한 바의 인공 표적핵산일 수 있다. In addition, in the present invention, the target nucleic acid is a nucleic acid to be detected, and its presence and/or abundance can be detected or measured to provide some usefulness, such as use in the diagnosis or prognosis of a disease, confirmation of biological indicators, as well as research on its function or properties. It refers to any nucleic acid that can be imported. The target nucleic acid refers to a single-stranded DNA containing a sequence to which a probe (i.e., a first or second hybridization probe) binds, that is, a sequence complementary to the probe, or a double-stranded DNA to which the single-stranded DNA is bound. This single-stranded or double-stranded DNA is genomic DNA in a sample, especially a biological sample, cDNA generated by reverse transcription from RNA such as mRNA, rRNA, micro RNA, or an artificial random sequence generated depending on the actual target nucleic acid. , It may be an artificial target nucleic acid as described above.

실제 표적핵산은 병원성 세균 등 원핵세포의 핵산, 사람 등으로부터 유래 또는 분리된 진핵세포 핵산, 병원성 바이러스의 핵산, 또는 비로이드 핵산일 수 있다. 여기서 병원성 세균에는 반코마이신이나 카바페넴 등의 항생제 내성 장내세균, 폐렴이나 패혈증을 일으킬 수 있는 아시네토박터 바우마니(Acinetobacter baumannii), 백일해를 일으킬 수 있는 보르데텔라 퍼투시스균(Bordetella pertussis), 폐렴을 일으킬 수 있는 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae) 등이 포함되며, 또 병원성 바이러스에는 위장관 질환 원인체 바이러스(Rotavirus A, Astrovirus, Adenovirus F40, Adenovirus F41, Norovirus GⅠ, Norovirus GⅡ 등), 인유두종 바이러스, 호흡기 질환 원인체(Influenza A/H1N1, Influenza A/H3N2, Influenza A/H1N1/2009pdm, Influenza B, Parainfluenza 1, Parainfluenza 3, Respiratory syncytial virus A, Respiratory syncytial virus B, Human metapneumovirus, Adenovirus) 등이 포함된다.The actual target nucleic acid may be nucleic acid of prokaryotic cells such as pathogenic bacteria, nucleic acid of eukaryotic cells derived or isolated from humans, etc., nucleic acid of pathogenic virus, or viroid nucleic acid. Here, pathogenic bacteria include enteric bacteria resistant to antibiotics such as vancomycin or carbapenem, Acinetobacter baumannii , which can cause pneumonia or sepsis, and Bordetella pertussis , which can cause whooping cough. Pathogenic viruses include viruses that cause gastrointestinal diseases (Rotavirus A, Astrovirus, Adenovirus F40, Adenovirus F41, Norovirus GⅠ, Norovirus GⅡ, etc.), human papilloma virus, and respiratory tract viruses. Disease-causing agents (Influenza A/H1N1, Influenza A/H3N2, Influenza A/H1N1/2009pdm, Influenza B, Parainfluenza 1, Parainfluenza 3, Respiratory syncytial virus A, Respiratory syncytial virus B, Human metapneumovirus, Adenovirus) are included.

본 발명에 있어서, 프라이머는 표적핵산의 합성 개시를 유도할 수 있는 올리고뉴클레오티드로서, 각 표적핵산에 대해 정방향 프라이머와 역방향 프라이머로 구성된다. 프라이머는 표적핵산(시료 중의 실제 표적핵산 또는 그에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산)에 특이적으로 결합하고 PCR 반응의 연장 반응에서 표적핵산과 결합을 유지할 정도의 융해온도를 가지도록 설계된다. 연장 반응은 일반적으로 연장 단계에서 이루어지지만 반드시 그래야 되는 것은 아니다. 제1의 혼성화성 프로브는 시료 중 실제 표적핵산 및 인공 표적핵산 중 어느 하나에 결합하여 그것을 검출할 수 있으면 무방한데, 제1의 혼성화성 프로브가 인공 표적핵산을 검출할 경우 그 인공 표적핵산이 제1의 혼성화성 프로브보다 길이 짧을 경우 제1 혼성화성 프로브와 상보적으로 결합한 어닐링 단계에서 프라이머로 작용하여 제1의 혼성화성 프로브의 신호물질과 소광물질을 이격시키면서 연장될 수 있다. 어떤 표적핵산에 대한 연장 반응이 어닐링 단계에서 일어난다면 그 표적핵산에 대한 정방향, 역방향 프라이머는 그 융해온도가 적어도 어닐링 단계의 온도 이상의 온도가 되도록 설계되고, 어떤 표적핵산에 대한 연장 반응이 연장 단계에서 일어난다면 그 표적핵산에 대한 정방향, 역방향 프라이머는 그 융해온도는 적어도 연장 단계의 온도 이상의 온도가 되도록 설계된다. 이러한 설계는 통상 프라이머의 서열을 표적핵산과 상보적으로 하면서 그 길이를 조절하여 이루어질 수 있다. 이러한 프라이머 설계에는 문헌[PCR Methods Appl . 1993 Dec;3(3):S30-7], 문헌[Biomolecular Detection and Quantification 14 (2017) 19-28] 등을 참조하거나 시판되는 소프트웨어(예컨대 Visual OMP, Invitrogen OligoPerfect Designer) 등을 활용할 수 있다.In the present invention, a primer is an oligonucleotide capable of inducing the initiation of synthesis of a target nucleic acid, and is composed of a forward primer and a reverse primer for each target nucleic acid. Primers are designed to specifically bind to the target nucleic acid (actual target nucleic acid in the sample or artificial target nucleic acid produced depending on it) and have a melting temperature sufficient to maintain binding to the target nucleic acid during the extension reaction of the PCR reaction. The extension reaction usually takes place in an extension step, but this does not have to be the case. The first hybridization probe may bind to and detect either the actual target nucleic acid or the artificial target nucleic acid in the sample. When the first hybridization probe detects the artificial target nucleic acid, the artificial target nucleic acid is the first nucleic acid. If the length is shorter than the hybridization probe of 1, it may act as a primer in the annealing step in which it binds complementary to the first hybridization probe and extend while separating the signal material and quencher material of the first hybridization probe. If the extension reaction for a target nucleic acid occurs in the annealing step, the forward and reverse primers for the target nucleic acid are designed so that their melting temperature is at least the temperature of the annealing step, and the extension reaction for a certain target nucleic acid occurs in the extension step. If this occurs, the forward and reverse primers for the target nucleic acid are designed so that their melting temperature is at least the temperature of the extension step. This design can usually be accomplished by adjusting the length of the primer while making it complementary to the target nucleic acid. These primer designs are described in PCR Methods Appl. 1993 Dec;3(3):S30-7], literature [Biomolecular Detection and Quantification 14 (2017) 19-28], etc., or commercially available software (e.g. Visual OMP, Invitrogen OligoPerfect Designer) can be used.

프라이머는 다양한 길이를 가질 수 있으나, 통상은 10~50개 뉴클레오티드 길이를 가지며, 프라이머의 합성 개시 유도 기능에 영향이 없는 한 프로브와 유사하게 프라이머의 일부 서열은 PNA(Peptide Nucleic Acid), LNA(Locked Nucleic Acid), HNA(Hexitol Nucleic Acids), ANA(Altritol Nucleic Acids), MNA(Mannitol Nucleic Acids) 등의 핵산 유사체일 수 있고, 또 자연적 뉴클레오티드(natural nucleotide) 뿐만 아니라 변형된 뉴클레오티드(modified nucleotide)를 포함할 수도 있다. Primers can have various lengths, but usually have a length of 10 to 50 nucleotides. Similar to probes, some sequences of primers are PNA (Peptide Nucleic Acid), LNA (Locked Acid), as long as they do not affect the synthesis initiation inducing function of the primer. It may be a nucleic acid analogue such as Nucleic Acid, HNA (Hexitol Nucleic Acids), ANA (Altritol Nucleic Acids), or MNA (Mannitol Nucleic Acids), and may include modified nucleotides as well as natural nucleotides. You may.

본 발명에서 있어서, 상기 (a) 단계의 PCR 반응을 위한 혼합물에는 전술한 바의 프라이머 세트와 상기 3가지 프로브가 포함되는 이외에, 4가지 NTP, DNA 폴리머라아제를 포함하며, 또한 기타 인자로서 pH 안정화제인 Tris-HCl, 효소 활성을 촉진하기 위한 보조 인자인 MgCl2나 MgSO4 또는 (NH4)2SO4, 효소 안정화를 위한 인자인 BSA(Bovine Serum Albumin)나 젤라틴이나 글리세롤 또는 PEG 6000, 프라이머의 표적핵산에의 결합을 촉진하는 인자인 KCl, 비특이적 증폭을 억제하기 위한 비이온성 계면활성제인 Tween 20이나 Triton X-100, DNA 중합효소의 핵산에의 비특이적 결합을 감소시키기 위한 스퍼미딘(spermidine), 프라이머의 표적핵산과의 어닐닝을 촉진하기 위한 인자인 우레아(urea)나 DMSO(dimethylsulfoxide) 또는 DMF(dimethylformamid), 베타인(Betain), DNA 폴리머라아제의 응집을 방지하기 위한 인자인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)나 Triton X-100 등을 추가로 포함할 수도 있다.In the present invention, the mixture for the PCR reaction in step (a) includes, in addition to the primer set and the three probes described above, four types of NTPs, DNA polymerase, and pH as other factors. Tris-HCl as a stabilizer, MgCl2, MgSO4 or (NH4)2SO4 as a cofactor to promote enzyme activity, BSA (Bovine Serum Albumin), gelatin, glycerol or PEG 6000 as a factor for stabilizing the enzyme, and the primer's target nucleic acid. KCl, a factor that promotes binding, Tween 20 or Triton Urea, DMSO (dimethylsulfoxide), DMF (dimethylformamid), betaine, and SDS (Sodium Dodecyl Sulfate), which are factors to prevent aggregation of DNA polymerase, are used to promote annealing. It may additionally include Triton X-100, etc.

본 발명에서 DNA 폴리머라아제는 열안정성 폴리머라아제를 사용하는데, 이러한 열안정성 폴리머라아제는 Thermus aquaticus(Taq), Thermus thermophilus(Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis, Thermus antranikianii, Thermus caldophilus, Thermus chliarophilus, Thermus flavus, Thermus igniterrae, Thermus lacteus, Thermus oshimai, Thermus ruber, Thermus rubens, Thermus scotoductus, Thermus silvanus, Thermus species Z05, Thermus species sps 17, Thermus thermophilus, Thermotoga maritima, Thermotoga neapolitana, Thermosipho africanus, Thermococcus litoralis, Thermococcus barossi, Thermococcus gorgonarius, Thermotoga maritima, Thermotoga neapolitana, Thermosipho africanus, Pyrococcus woesei, Pyrococcus horikoshii, Pyrococcus abyssi, Pyrodictium occultum, Aquifex pyrophilusAquifex aeolieus 등 다양한 박테리아 종으로부터 직접 분리하여 사용하거나 유전자 재조합 기술에 의해 제조하여 사용하거나 분리 또는 제조되어 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있다.In the present invention, the DNA polymerase uses a thermostable polymerase. These thermostable polymerases include Thermus aquaticus (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis, Thermus antranikianii, and Thermus caldophilus. , Thermus chliarophilus, Thermus flavus, Thermus igniterrae, Thermus lacteus, Thermus oshimai, Thermus ruber, Thermus rubens, Thermus scotoductus, Thermus silvanus, Thermus species Z05, Thermus species sps 17, Thermus thermophilus, Thermotoga maritima, Thermotoga neapolitana, Thermosipho africanus, Thermococ cus litoralis, Thermococcus barossi, Thermococcus gorgonarius, Thermotoga maritima, Thermotoga neapolitana, Thermosipho africanus, Pyrococcus woesei, Pyrococcus horikoshii, Pyrococcus abyssi, Pyrodictium occultum, Aquifex pyrophilus and Aquifex aeolieus , etc. or manufactured by genetic recombination technology. It can be used separately or manufactured separately and purchased commercially.

DNA 폴리머라아제는 변형된 것을 사용하여도 무방하다. 변형된 폴리머라아제는 일부 서열이 인위적으로 변형되거나 자연적으로 변형된(돌연변이된) 것을 포함한다. 이러한 변형된 폴리머라아제로서는 G46E E678G CS5 DNA 폴리머라아제, G46E L329A E678G CS5 DNA 폴리머라아제, G46E L329A D640G S671F CS5 DNA 폴리머라아제, G46E L329A D640G S671F E678G CS5 DNA 폴리머라아제, G46E E678G CS6 DNA 폴리머라아제, Z05 DNA 폴리머라아제, ΔZ05 폴리머라아제, ΔZ05-Gold 폴리머라아제, ΔZ05R 폴리머라아제, E615G Taq DNA 폴리머라아제, E678G TMA-25 폴리머라아제, E678G TMA-30 폴리머라아제 등이 예시될 수 있다.A modified DNA polymerase may be used. Modified polymerases include those in which some sequence has been artificially modified or naturally modified (mutated). These modified polymerases include G46E E678G CS5 DNA polymerase, G46E L329A E678G CS5 DNA polymerase, G46E L329A D640G S671F CS5 DNA polymerase, G46E L329A D640G S671F E678G CS5 DNA polymerase, G46E E678G CS6 DNA polymerase. enzyme, Z05 DNA polymerase, ΔZ05 polymerase, ΔZ05-Gold polymerase, ΔZ05R polymerase, E615G Taq DNA polymerase, E678G TMA-25 polymerase, E678G TMA-30 polymerase, etc. It can be exemplified.

DNA 폴리머라아제는 바람직하게는 5'->3' 엑소뉴클라아제 (exonuclease) 활성이 제거된 DNA 폴리머라아제이다. 상용화 된 이러한 폴리머라아제로는 AptaTaq exo DNA Polymerase (Roche, 스위스), Top DNA Polymerase (바이오니아, 한국), Vent® (exo-) DNA Polymerase (NEB, 미국), Phusion® High-Fidelity DNA Polymerase (NEB, 미국), 그리고, KlenTaq-1 DNA polymerase(Taq polymerase에서의 Klenow fragment의 유사체) 등을 사용할 수 있다.The DNA polymerase is preferably a DNA polymerase with the 5'->3' exonuclease activity removed. These commercially available polymerases include AptaTaq exo DNA Polymerase (Roche, Switzerland), Top DNA Polymerase (Bioneer, Korea), Vent® (exo-) DNA Polymerase (NEB, USA), and Phusion® High-Fidelity DNA Polymerase (NEB, USA). USA), and KlenTaq-1 DNA polymerase (an analogue of the Klenow fragment in Taq polymerase) can be used.

본 발명에서 PCR 반응은 3단계인 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장 단계를 2 사이클 이상, 통상 15 내지 50 사이클을 반복적으로 수행하여 주형 핵산을 증폭시키는데, 이러한 3단계 사이클 수행 전에 초기 변성 단계(Initial Denaturation)가 포함될 수 있다. 이 초기 변성 단계는 DNA 폴리머라아제를 활성화시키고 주형 DNA를 변성시키기 위하여 수행된다. 이러한 초기 변성 단계는 주형 DNA의 GC 함량 등을 고려하여 30초 내지 20분 범위 내에서 수행될 수 있다. In the present invention, the PCR reaction amplifies the template nucleic acid by repeatedly performing the three steps of denaturation, annealing, and extension for 2 or more cycles, usually 15 to 50 cycles. Before performing these 3-step cycles, an initial denaturation step is performed. ) may be included. This initial denaturation step is performed to activate DNA polymerase and denature the template DNA. This initial denaturation step may be performed within the range of 30 seconds to 20 minutes, taking into account the GC content of the template DNA.

또한 상기 3단계 반응 후에는 연장 단계(Final elongation step)가 포함될 수 있다. 이 연장 단계는 DNA 폴리머라아제가 그 마지막 연장 반응을 마무리하기 위한 것으로 통상 상기 3단계의 연장 단계와 같은 온도에서 1~20분 정도 수행된다.Additionally, an extension step (final elongation step) may be included after the above three-step reaction. This extension step is for DNA polymerase to complete the final extension reaction and is usually performed for about 1 to 20 minutes at the same temperature as the extension step in step 3 above.

PCR 반응과 관련하여 더 구체적인 것은 미국 특허 번호 제4,683,195호, 제4,683,202호, 문헌[PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Innis et al, eds, 1990], 문헌[BioTechniques 69: 317?325 (October 2020)], 문헌[Front Microbiol. 2017 Feb 2;8:108], 문헌[J Invest Dermatol. 2013 Mar; 133(3): e6] 등을 참조할 수 있다.For more details regarding PCR reactions, see U.S. Patent Nos. 4,683,195, 4,683,202, PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Innis et al, eds, 1990, and BioTechniques 69: 317?325 (October 2020)], Front Microbiol. 2017 Feb 2;8:108], J Invest Dermatol. 2013 Mar; 133(3): e6], etc.

또 본 발명에서, 신호는 형광 신호, 발광 신호, 비색 신호 등 특별한 제한없이 사용될 수 있으나, 형광 신호를 사용하는 것이 바람직하다. Also, in the present invention, the signal may be used without particular limitation, such as a fluorescence signal, a luminescent signal, or a colorimetric signal, but it is preferable to use a fluorescence signal.

본 발명에서, 형광 신호를 사용할 경우 그 신호를 발생시키기 위한 형광 물질은 당업계에 공지된 것들 중에서 임의의 것을 PCR 기기의 각 검출 채널의 검출 파장 등을 고려하여 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 공지된 형광 물질로서는 예컨대 Cy2™(506), YO-PRO™-1(509), YOYO™-1(509), Calcein(517), FITC(518), FluorX™(519), Alexa™(520), Rhodamine 110(520), Oregon Green™ 500(522), Oregon Green™ 488(524), RiboGreen™(525), Rhodamine Green™(527), Rhodamine 123(529), Magnesium Green™(531), Calcium Green™(533), TO-PRO™-1(533), TOTO1(533), JOE(548), BODIPY530/550(550), Dil(565), BODIPY TMR(568), BODIPY558/568(568), BODIPY564/570(570), Cy3™(570), Alexa™ 546(570), TRITC(572), Magnesium Orange™(575), Phycoerythrin R&B(575), Rhodamine Phalloidin(575), Calcium Orange™(576), Pyronin Y(580), Rhodamine B(580), TAMRA(582), Rhodamine Red™(590), Cy35™(596), ROX(608), Calcium Crimson™(615), Alexa™ 594(615), TexRed(615), Nile Red(628), YO-PRO™-3(631), YOYO™-3(631), R-phycocyanin(642), C-Phycocyanin(648), TO-PRO™-3(660), TOTO3(660), DiD DilC(5)(665), Cy5™(670), Thiadicarbocyanine(671), Cy55(694), HEX(556), TET(536), Biosearch Blue(447), CAL Fluor Gold 540(544), CAL Fluor Orange 560(559), CAL Fluor Red 590(591), CAL Fluor Red 610(610), CAL Fluor Red 635(637), FAM(520), Fluorescein(520), Fluorescein-C3(520), Pulsar 650(566), Quasar 570(667), Quasar 670(705) 및 Quasar 705(610) 등을 들 수 있다. 괄호 안의 숫자는 나노미터 단위의 최대 방출 파장이다.In the present invention, when using a fluorescent signal, any fluorescent material for generating the signal may be appropriately selected and used among those known in the art, taking into account the detection wavelength of each detection channel of the PCR device. Known fluorescent substances include, for example, Cy2™ (506), YO-PRO™-1 (509), YOYO™-1 (509), Calcein (517), FITC (518), FluorX™ (519), Alexa™ (520) ), Rhodamine 110 (520), Oregon Green™ 500 (522), Oregon Green™ 488 (524), RiboGreen™ (525), Rhodamine Green™ (527), Rhodamine 123 (529), Magnesium Green™ (531), Calcium Green™(533), TO-PRO™-1(533), TOTO1(533), JOE(548), BODIPY530/550(550), Dil(565), BODIPY TMR(568), BODIPY558/568(568) ), BODIPY564/570 (570), Cy3™ (570), Alexa™ 546 (570), TRITC (572), Magnesium Orange™ (575), Phycoerythrin R&B (575), Rhodamine Phalloidin (575), Calcium Orange™ ( 576), Pyronin Y (580), Rhodamine B (580), TAMRA (582), Rhodamine Red™ (590), Cy35™ (596), ROX (608), Calcium Crimson™ (615), Alexa™ 594 (615) ), TexRed (615), Nile Red (628), YO-PRO™-3 (631), YOYO™-3 (631), R-phycocyanin (642), C-Phycocyanin (648), TO-PRO™- 3(660), TOTO3(660), DiD DilC(5)(665), Cy5™(670), Thiadicarbocyanine(671), Cy55(694), HEX(556), TET(536), Biosearch Blue(447) , CAL Fluor Gold 540 (544), CAL Fluor Orange 560 (559), CAL Fluor Red 590 (591), CAL Fluor Red 610 (610), CAL Fluor Red 635 (637), FAM (520), Fluorescein (520) , Fluorescein-C3 (520), Pulsar 650 (566), Quasar 570 (667), Quasar 670 (705), and Quasar 705 (610). The numbers in parentheses are the maximum emission wavelengths in nanometers.

소광 물질은 그것이 형광 물질과 인접하여 있을 때 형광 물질에 의하여 방출된 형광을 흡수하고 발열시켜 소멸시키는 물질로서 이러한 소광 물질도 당업계에 많은 것들이 공지되어 있는데, 그러한 공지된 것들 중에서 사용된 형광 물질의 방출 파장을 고려하여 적절한 흡수 파장을 가진 것을 선택하여 사용할 수 있다. 공지된 소광 물질로서는 Dabcyl(453), QSY 35(475), BHQ-0(495), Eclipse(530), BHQ-1(534), QSY 7(560), QSY 9(562), BHQ-2(579), ElleQuencher(630), Iowa Black(651), QSY 21(661), BHQ-3(672) 등을 들 수 있다. 괄호 안의 숫자는 나노미터 단위의 최대 흡수 파장이다.A quenching material is a material that absorbs and generates heat to quench the fluorescence emitted by a fluorescent material when it is adjacent to a fluorescent material. Many such quenching materials are known in the art. Among those known, the fluorescent material used is Considering the emission wavelength, one with an appropriate absorption wavelength can be selected and used. Known quenching materials include Dabcyl (453), QSY 35 (475), BHQ-0 (495), Eclipse (530), BHQ-1 (534), QSY 7 (560), QSY 9 (562), and BHQ-2. (579), ElleQuencher (630), Iowa Black (651), QSY 21 (661), BHQ-3 (672), etc. The numbers in parentheses are the maximum absorption wavelength in nanometers.

형광 물질과 소광 물질의 적합한 쌍(pair)과 관련하여 불필요한 잡음 신호없이 정확한 검출을 위해서 소광 효율(Quenching efficiency)을 고려할 필요가 있는데, Cy5/BHQ-2, Cy5/BHQ-1, TexRed/BHQ-2, TexRed/QSY 7, TexRed/BHQ-1, TexRed/Dabcyl, Cy3/BHQ2, Cy3/QSY 7, Cy3/BHQ-1, Cy3/Dabcyl, TET/BHQ-2, TET/QSY 7, TET/TAMRA, TET/BHQ-1, FAM/BHQ-2, FAM/QSY 7, FAM/TAMRA, FAM/BHQ-1, FAM/Dabcyl 등이 소광 효율이 높다고 알려져 있어(Nucliec Acids Res. 30, e122, 2002), 이들 쌍 중에서 선택하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다.Regarding the appropriate pair of fluorescent material and quenching material, it is necessary to consider quenching efficiency for accurate detection without unnecessary noise signals, such as Cy5/BHQ-2, Cy5/BHQ-1, TexRed/BHQ- 2, TexRed/QSY 7, TexRed/BHQ-1, TexRed/Dabcyl, Cy3/BHQ2, Cy3/QSY 7, Cy3/BHQ-1, Cy3/Dabcyl, TET/BHQ-2, TET/QSY 7, TET/TAMRA , TET/BHQ-1, FAM/BHQ-2, FAM/QSY 7, FAM/TAMRA, FAM/BHQ-1, FAM/Dabcyl, etc. are known to have high quenching efficiency ( Nucliec Acids Res. 30, e122, 2002) , it may be desirable to select and use among these pairs.

신호물질과 소광물질에 대해 그리고 이들 적합한 쌍(pair)의 선택에 대해 당업계에 많은 문헌이 공지되어 있으며, 그러한 공지된 문헌을 참조할 수 있다. 그러한 문헌으로서는 문헌[Methods Mol Biol. 335, 17-29, 2006], 문헌[Biotechniques 31, 1106-1121, 2001], 문헌[J. Am Chem. Soc. 124, 6950-6956, 2002], 문헌[Chem. Eur. J. 9, 3466-3471, 2003], 문헌[Nucliec Acids Res. 30, e122, 2002], 문헌[J. Phys. Chem. 100, 5541-5553, 1996] 등을 들 수 있다.There is much literature known in the art regarding signaling and quenching substances and the selection of suitable pairs, and reference may be made to such known literature. Such documents include Methods Mol Biol. 335, 17-29, 2006], Biotechniques 31, 1106-1121, 2001, J. Am Chem. Soc. 124, 6950-6956, 2002], Chem. Eur. J. 9, 3466-3471, 2003], Nucliec Acids Res. 30, e122, 2002], J. Phys. Chem. 100, 5541-5553, 1996], etc.

본 발명에서, 단일 신호는 하나의 검출 채널을 통하여 검출되는 신호를 말한다. 따라서 신호 발생 물질이 2가지가 사용되더라도 그 2가지 물질에 의하여 발생되는 신호가 하나의 검출 채널에서 검출된다면 그것은 단일 신호이다. 예컨대 신호 물질로 형광 물질인 Cy2™(506) 1가지만을 사용한다면 그것에 발생되는 형광 신호는 당연히 단일 신호이지만, 신호 물질로 형광 물질인 Alexa™(520) 및 Rhodamine 110(520) 2가지를 사용하는 경우에도 그것의 검출 파장이 동일하여 하나의 형광 검출 채널에서 검출된다면 이 2가지 형광 물질에 의한 신호도 단일 신호가 된다.In the present invention, a single signal refers to a signal detected through one detection channel. Therefore, even if two signal generating substances are used, if the signal generated by the two substances is detected in one detection channel, it is a single signal. For example, if only one fluorescent substance, Cy2™ (506), is used as the signal substance, the fluorescent signal generated is of course a single signal, but if two fluorescent substances, Alexa™ (520) and Rhodamine 110 (520), are used as the signal substance. Even in this case, if their detection wavelengths are the same and are detected in one fluorescence detection channel, the signals from these two fluorescent substances also become a single signal.

본 발명에서, 신호 검출은 PCR 반응의 어닐링 단계 및 연장 단계에서 이루어진다. 어닐링 단계에서는 제1 표적핵산(시료 중의 실제 표적핵산 또는 그 실제 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산)에 특이적으로 결합하여 신호물질과 소광물질을 이격시킴으로써 신호를 발생시키는 제1 혼성화성 프로브의 신호를 검출하여 제1 표적핵산을 검출하게 되고, 연장 단계에서는 제2 표적핵산(이는 인공 표적핵산임)에 특이적으로 결합하여 신호물질과 소광물질을 이격시킴으로써 신호를 발생시키는 제2 혼성화성 프로브의 신호를 검출하여 제2 표적핵산을 검출하게 된다. 연장 단계에서 제2 혼성화성 프로브의 신호는 소광 프로브가 해리됨으로써 발생한다. 신호 검출은 통상 각 단계의 종료 시점에서 PCR 기기에 구비된 광원(lamp, laser, LED)이 빛을 시료에 조사하고 시료에서 방출된 빛을 검출 채널에서 검출함으로써 이루어진다. In the present invention, signal detection occurs during the annealing and extension steps of the PCR reaction. In the annealing step, a first hybridization probe that generates a signal by specifically binding to the first target nucleic acid (the actual target nucleic acid in the sample or an artificial target nucleic acid generated depending on the actual target nucleic acid) and separating the signal material and the quencher The first target nucleic acid is detected by detecting the signal, and in the extension step, the second hybridization process generates a signal by specifically binding to the second target nucleic acid (this is an artificial target nucleic acid) and separating the signal material and the quencher. The second target nucleic acid is detected by detecting the signal of the probe. In the extension step, the signal of the second hybridization probe is generated by dissociation of the quenched probe. Signal detection is usually achieved at the end of each step by radiating light from a light source (lamp, laser, LED) provided in the PCR device to the sample and detecting the light emitted from the sample in a detection channel.

신호 검출은 증폭 반응의 일부 사이클이나 모든 사이클에서 이루어질 수 있으나 모든 사이클에서 이루어지는 것이 바람직하다. 모든 사이클에서 이루어지는 경우 제1 표적핵산 및/또는 제2 표적핵산에 대한 검출 결과는, 신호 강도와 PCR 사이클 수로 구성되는 PCR 결과 그래프로 도출된다. PCR 결과 그래프는 2가지 표적핵산에 대해 2가지 증폭 곡선(amplification curve)이 나타난 하나의 그래프로 도출되거나, 2가지 표적핵산에 대해 각각 증폭 곡선이 나타난 각각의 그래프로 도출될 수 있다. PCR 결과 그래프는 검출하고자 하는 표적핵산이 존재할 경우 충분한 사이클의 증폭 반응을 수행하면, 초기 단계(Initiation phase), 지수 단계(Exponential phase) 및 정점 지속 단계(Plateau phase) 양상으로 나타나게 되며, 이를 통해 2가지 표적핵산의 검출 정보(정성 및/또는 정량 정보)가 손쉽게 도출될 수 있다. Signal detection can be performed in some or all cycles of the amplification reaction, but is preferably performed in all cycles. When performed in all cycles, the detection results for the first target nucleic acid and/or the second target nucleic acid are derived as a PCR result graph consisting of signal intensity and number of PCR cycles. The PCR result graph can be derived as one graph showing two amplification curves for two target nucleic acids, or as separate graphs showing amplification curves for two target nucleic acids. If the target nucleic acid to be detected is present and a sufficient number of cycles of amplification reaction are performed, the PCR result graph will appear in the form of Initiation phase, Exponential phase, and Plateau phase, through which 2 Detection information (qualitative and/or quantitative information) of target nucleic acids can be easily derived.

본 발명에 있어서, 제1 및 제2 혼성화성 프로브는 표적핵산에 상보적으로 결합하여 신호물질과 소광물질이 이격됨으로써 신호가 발생하지만, 이때 표적핵산이 인공 표적핵산인 경우 그 인공 표적핵산이 그 혼성화성 프로브에 비해 길이가 짧으면 각 제1 및 제2 혼성화성 프로브에 대해 프라이머로 작용하여 연장됨으로써 그 혼성화성 프로브의 신호물질과 소광물질이 이격시켜 작용할 수도 있다. 이때 연장 반응은, 제1 혼성화성 프로브가 상대적 저온의 어닐링 단계에서는 표적핵산과 결합하여 신호가 발생하지만 상대적 중온의 연장 단계에서는 해리되어 신호가 소멸하고, 제2 혼성화성 프로브는 상대적 저온의 어닐링 단계에서는 표적핵산과 결합하지만 소광 프로브에 의해 신호 소멸되었다가 상대적 중온의 연장 단계에서 소광 프로브가 해리됨으로써 소멸되었던 신호가 나타난다는 점에서, 어닐링 단계에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 Taq DNA 폴리머라아제는 연장 단계의 통상적인 온도인 72~75℃에서 가장 최적의 활성을 나타낸다고 알려져 있지만, 어닐링 단계의 통상적인 온도인 50-65℃에서 충분한 속도로 연장 반응이 일어날 정도의 활성을 보유한다고 알려져 있다. 만일 인공 표적핵산이 프라이머로 작용하여 어닐링 단계에서 연장 반응이 이루어질 경우 연장 반응이 충분히 이루어지도록 적절한 시간 동안(통상 30초 내지 2분) 어닐링 단계를 유지하는 것이 바람직하다.In the present invention, the first and second hybridization probes bind complementary to the target nucleic acid and a signal is generated by separating the signal material and the quenching material. However, in this case, if the target nucleic acid is an artificial target nucleic acid, the artificial target nucleic acid is the artificial target nucleic acid. If the length is shorter than that of the hybridization probe, it may act as a primer for each first and second hybridization probe and extend to separate the signal material and quencher material of the hybridization probe. At this time, in the extension reaction, the first hybridization probe binds to the target nucleic acid in the annealing step at a relatively low temperature and generates a signal, but dissociates and the signal disappears in the extension step at a relatively medium temperature, and the second hybridization probe undergoes the annealing step at a relatively low temperature. In that it binds to the target nucleic acid, but the signal is quenched by the quenching probe, the quenched probe dissociates in the extension step at relatively medium temperature, and the quenched signal appears, so it is preferable to do it in the annealing step. In general, it is known that Taq DNA polymerase exhibits the most optimal activity at 72-75°C, which is the typical temperature for the extension step. However, at 50-65°C, which is the typical temperature for the annealing step, the extension reaction can occur at a sufficient rate. It is known to be active. If the artificial target nucleic acid acts as a primer and an extension reaction occurs in the annealing step, it is desirable to maintain the annealing step for an appropriate time (usually 30 seconds to 2 minutes) to ensure that the extension reaction is sufficiently achieved.

본 발명에 있어서, 제1 혼성화성 프로브가 상대적 저온의 어닐링 단계에서 검출하는 제1 표적핵산은 시료 중의 실제 표적핵산이거나 그 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산이거나 무방하지만, 제2 혼성화성 프로브가 상대적 중온의 연장 단계에서 검출하는 제2 표적핵산은 인공 표적핵산이어야 한다. 제2 혼성화성 프로브가 결합하여 검출하는 핵산이 시료 중의 실제 표적핵산일 경우 전술한 바와 같이 그 혼성화성 프로브가 택맨 프로브와 같이 DNA 폴리머라아제의 엑소뉴클레아제 활성에 의해 분해되어 버릴 수 있다.In the present invention, the first target nucleic acid detected by the first hybridization probe in the annealing step at a relatively low temperature may be an actual target nucleic acid in the sample or an artificial target nucleic acid produced depending on the target nucleic acid, but the second hybridization probe The second target nucleic acid detected in the extension step at a relatively medium temperature must be an artificial target nucleic acid. If the nucleic acid to be detected by binding to the second hybridization probe is the actual target nucleic acid in the sample, the hybridization probe may be degraded by the exonuclease activity of DNA polymerase like the Taqman probe, as described above.

전술한 바를 종합할 때, 본 발명에서 제1 혼성화성 프로브와 제2 혼성화성 프로브가 검출하는 핵산과 그것의 검출 단계 그리고 실제 표적핵산 등의 연장 반응이 이루어지는 단계는 다음과 같이 정리될 수 있다:Considering the above, the nucleic acid detected by the first hybridization probe and the second hybridization probe in the present invention, its detection step, and the step of extension reaction of the actual target nucleic acid can be summarized as follows:

(1) 검출되는 제1 표적핵산이 인공 표적핵산이 아닌 시료 중의 실제 표적핵산일 경우(1) When the first target nucleic acid detected is the actual target nucleic acid in the sample rather than an artificial target nucleic acid

제1 실제 표적핵산은 연장 단계에서 연장 반응이 이루어지고, 다음 사이클의 어닐링 단계에서 제1 표적핵산에 상보적으로 결합하는 제1 혼성화성 프로브에 의해 검출됨.The first actual target nucleic acid undergoes an extension reaction in the extension step, and is detected by a first hybridization probe that binds complementary to the first target nucleic acid in the annealing step of the next cycle.

이때 검출되는 제2 표적핵산은 시료 중의 실제 제2 표적핵산에 의존적으로 생성되는 인공 표적핵산이며, 이 인공 표적핵산은 연장 단계에서 시료 중의 실제 제2 표적핵산이 연장되면서 그 실제 제2 표적핵산에 의존하여 생성되어, 다음 사이클의 어닐링 단계에서 제2 혼성화 프로브와 결합하지만 소광 프로브가 그 제2 혼성화 프로브에 함께 결합함으로써 신호가 소광되어 검출되지 않았다가 다음 단계인 연장 단계에서 온도가 상승함에 따라 소광 프로브가 해리됨으로써 검출됨.The second target nucleic acid detected at this time is an artificial target nucleic acid produced dependently on the actual second target nucleic acid in the sample, and this artificial target nucleic acid is extended to the actual second target nucleic acid in the sample during the extension step and is connected to the actual second target nucleic acid. It is generated depending on the annealing step of the next cycle and binds to the second hybridization probe, but the signal is quenched and not detected as the quenching probe binds to the second hybridization probe, and then quenches as the temperature rises in the next step, the extension step. Detected by dissociation of the probe.

(2) 검출되는 제1 표적핵산이 시료 중의 실제 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산일 경우(2) When the first target nucleic acid to be detected is an artificial target nucleic acid produced depending on the actual target nucleic acid in the sample

제1 실제 표적핵산은 연장 단계에서 연장 반응이 이루어지고 이 연장 반응시 그 제1 실제 표적핵산에 의존하여 인공 표적핵산이 생성되어, 다음 사이클의 어닐링 단계에서 제1 표적핵산에 상보적으로 결합하는 제1 혼성화성 프로브에 의해 검출됨. The first actual target nucleic acid undergoes an extension reaction in the extension step, and during this extension reaction, an artificial target nucleic acid is generated depending on the first actual target nucleic acid, which binds complementary to the first target nucleic acid in the annealing step of the next cycle. Detected by the first hybridization probe.

제2 표적핵산 검출은 상기 (1)의 경우와 동일함.Detection of the second target nucleic acid is the same as in case (1) above.

이 경우 제1 및 제2 인공 표적핵산이 그 각 혼성화성 프로브보다 길이가 짧은 경우 그 각 혼성화성 프로브를 주형으로 한 프라이머로 작용할 수 있으며, 프라이머로 작용할 경우 그 프라이머의 연장 반응은 어닐링 단계에서 이루어짐.In this case, if the first and second artificial target nucleic acids are shorter than their respective hybridization probes, they can act as primers using each hybridization probe as a template, and when they act as primers, the extension reaction of the primers takes place in the annealing step. .

다른 측면에 있어서, 본 발명은 전술한 바의 혼성화성 프로브와 소광 프로브를 함께 사용하여 표적핵산을 검출하는 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for detecting a target nucleic acid using the hybridization probe and the quenching probe as described above.

본 발명의 방법은 구체적으로 (a) 표적핵산과 혼성화성 프로브 그리고 소광 프로브를 혼합하여 표적핵산과 혼성화성 프로브 및 소광 프로브의 결합을 유도하는 단계, (b) 온도를 상승시켜 소광 프로브의 해리를 유도하여 혼성화성 프로브로부터 신호가 발생하도록 하는 단계, 및 (c) 그 신호를 검출하는 단계를 포함한다.The method of the present invention specifically includes (a) mixing the target nucleic acid, the hybridization probe, and the quenching probe to induce binding of the target nucleic acid, the hybridization probe, and the quenching probe, (b) dissociating the quenching probe by increasing the temperature. Inducing a signal to be generated from the hybridization probe, and (c) detecting the signal.

여기서 상기 혼성화성 프로브는 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 갖는 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 또 상기 신호물질이 결합된 서열에서 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열을 가지며,Here, the hybridization probe is a probe having a specific complementary sequence to the target nucleic acid. This hybridization probe has a structure in which the signal substance and the quencher are adjacent to each other and no signal is generated when the target nucleic acid does not bind to the probe. and has a single-stranded sequence extending terminally from the sequence to which the signal substance is bound,

상기 소광 프로브는 상기 혼성화성 프로브의 상기 연장된 단일가닥 서열에 상보적으로 결합하여 상기 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 소광 물질을 가진 프로브로서, 이 소광 프로브는 상기 혼성화성 프로브와 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열과 상보적으로 결합할 경우 이 프로브의 소광물질은 상기 혼성화성 프로브의 신호물질과 인접하여 상기 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 구조를 가지며,The quenching probe is a probe having a quenching material capable of quenching the signal material of the hybridization probe by binding complementary to the extended single-stranded sequence of the hybridization probe. When complementary to a single-stranded sequence extending toward the end of a (second hybridization probe), the quencher of this probe is adjacent to the signal material of the hybridization probe and quenches the signal material of the hybridization probe. It has a structure that can

상기 혼성화성 프로브의 그와 상보적인 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도가 상기 소광 프로브의 그와 상보적인 혼성화성 프로브부터 해리되는 융해온도보다 높도록 혼성화 프로브와 소광 프로브가 설계된다.The hybridization probe and the quenching probe are designed so that the melting temperature at which the hybridization probe dissociates from its complementary target nucleic acid is higher than the melting temperature at which the quenching probe dissociates from its complementary hybridization probe.

따라서 혼성화성 프로브는 그것의 표적핵산과 결합할 경우 신호물질과 소광물질이 이격되지만 소광 프로브에 의해 신호가 발생하지 않다가 온도가 상승하여 소광 프로브가 해리되면 소광 프로브에 의한 소광 효과가 소멸하여 혼성화성 프로브로부터 신호가 발생하게 된다.Therefore, when a hybridization probe binds to its target nucleic acid, the signal material and the quenching material are separated, but no signal is generated by the quenching probe, and when the temperature rises and the quenching probe dissociates, the quenching effect by the quenching probe disappears and hybridization occurs. A signal is generated from the Mars probe.

상기 혼성화성 프로브와 소광 프로브 이외에, 추가로 1가지 이상의 혼성화성 프로브 및 소광 프로브를, 사용되는 소광 프로브들의 그 각 혼성화성 프로브와의 융해온도를 모두 달리하여 사용하면 2가지 이상의 표적핵산 검출도 가능할 수 있다. 이 추가의 혼성화성 프로브 및 소광 프로브에 있어서도 당연히 그 혼성화성 프로브의 그와 상보적인 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도가 소광 프로브의 그와 상보적인 혼성화성 프로브부터 해리되는 융해온도보다 높도록 혼성화 프로브와 소광 프로브가 설계된다. 이러한 추가의 1가지 이상 혼성화성 프로브 및 소광 프로브를 사용하는 것은 PCR 종료 후 2가지의 다중의 표적핵산에 대해 융해 곡선 분석에 유용할 수 있다.In addition to the above hybridization probe and quenching probe, it is possible to detect two or more target nucleic acids by using one or more hybridization probes and quenching probes with different melting temperatures for each hybridization probe of the quenching probes used. You can. For these additional hybridization probes and quenching probes, the hybridization probe and the quenching probe are naturally used so that the melting temperature at which the hybridization probe dissociates from the target nucleic acid complementary thereto is higher than the melting temperature at which the quenching probe dissociates from the hybridization probe complementary thereto. An extinction probe is designed. The use of one or more of these additional hybridization probes and quenching probes may be useful for melting curve analysis for two multiple target nucleic acids after completion of PCR.

본 발명의 방법에서, 표적핵산은 시료 중의 실제 표적핵산 또는 그에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산일 수 있다.In the method of the present invention, the target nucleic acid may be an actual target nucleic acid in a sample or an artificial target nucleic acid produced depending on it.

본 발명의 방법에서, 혼성화성 프로브와 소광 프로브에 대해서는 상기 본 발명의 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법과 관련하여 제2 혼성화성 프로브와 소광 프로브에 대해서 설명한 바가 그대로 준용될 수 있다.In the method of the present invention, as for the hybridization probe and the quenching probe, the description of the second hybridization probe and the quenching probe in relation to the PCR method for real-time detection of two target nucleic acids with a single signal of the present invention shall be applied as is. You can.

한편 본 발명의 방법은 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법에 적용될 수도 있다. 이 방법은 전술한 바의 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법에서 제1 혼성화성 프로브를 사용하지 않고, 제2 혼성화성 프로브와 소광 프로브만 사용하는 경우와 같다. 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법에 적용될 경우 검출되는 표적핵산은 한 가지이며, 표적핵산은 이미 전술한 바의 이유에서 시료 중 실제 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산인 것이 바람직하다.Meanwhile, the method of the present invention can also be applied to a PCR method for real-time detection of target nucleic acid. This method is the same as the case of using only the second hybridization probe and the quenching probe without using the first hybridization probe in the PCR method for real-time detection of two target nucleic acids with a single signal as described above. When applied to a PCR method for real-time detection of a target nucleic acid, there is only one target nucleic acid to be detected, and the target nucleic acid is preferably an artificial target nucleic acid produced depending on the actual target nucleic acid in the sample for the reasons already described above.

구체적으로 이러한 본 발명의 PCR 방법은 아래의 (a) 내지 (c) 단계를 포함하여 구성된다.Specifically, the PCR method of the present invention includes steps (a) to (c) below.

(a) 검출 대상 시료에 아래의 (i) ~ (iii)를 혼합하는 단계(a) Mixing (i) to (iii) below with the sample to be detected.

(i) 표적핵산을 증폭시키기 위한 한 세트의 정방향 및 역방향 프라이머;(i) a set of forward and reverse primers to amplify the target nucleic acid;

(ii) 표적핵산에 의존하여 생성되는 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 갖는 혼성화성 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 또 상기 신호물질이 결합된 서열에서 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열을 가지며, 또 그것(혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 연장 단계의 온도와 변성 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계와 연장 단계에서는 상기 혼성화성 프로브가 그와 상보적인 인공 표적핵산과 결합 상태를 유지할 수 있는 프로브; 및(ii) A hybridization probe having a specific complementary sequence to an artificial target nucleic acid that is generated depending on the target nucleic acid. In this hybridization probe, when the target nucleic acid does not bind to the probe, the signal substance and the quencher are adjacent to each other. It has a structure in which no signal is generated, and has a single-stranded sequence extending terminally from the sequence to which the signal substance is bound, and the melting temperature at which it (hybridization probe) dissociates from the artificial target nucleic acid complementary to it is Among the relatively high-temperature denaturation step, relatively low-temperature annealing step, and relatively medium-temperature extension step of the PCR reaction, between the temperature of the extension step and the temperature of the denaturation step, in the annealing step and the extension step, the hybridization probe is used as an artificial target complementary thereto. A probe capable of remaining bound to a nucleic acid; and

(iii) 상기 혼성화성 프로브의 상기 연장된 단일가닥 서열에 상보적으로 결합하여 상기 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 소광 물질을 가진 소광 프로브로서, 이 소광 프로브는 상기 혼성화성 프로브와 그것(혼성화성 프로브)의 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열과 상보적으로 결합할 경우 이 프로브의 소광물질은 상기 혼성화성 프로브의 신호물질과 인접하여 상기 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 구조를 가지고 또 이 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 상기 혼성화성 프로브와 결합함으로써 혼성화성 프로브의 신호를 소광시킬 수 있지만, 연장 단계에서는 상기 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 혼성화성 프로브에서 신호가 발생되도록 할 수 있는 프로브;(iii) a quenching probe having a quenching material capable of quenching a signal substance of the hybridization probe by binding complementary to the extended single-stranded sequence of the hybridization probe, wherein the quenching probe is capable of quenching the signal material of the hybridization probe and the hybridization probe. When complementary to a single-stranded sequence extending toward the end of a (hybridization probe), the quencher of this probe is adjacent to the signal material of the hybridization probe and has a structure capable of quenching the signal material of the hybridization probe. Also, the melting temperature at which this quenching probe dissociates from its complementary sequence is between the temperatures of the annealing step and the extension step among the relatively high-temperature denaturation step, relatively low-temperature annealing step, and relatively medium-temperature extension step of the PCR reaction. A probe that can quench the signal of the hybridization probe by binding to the hybridization probe in the annealing step, but can cause the quenching probe to dissociate from its complementary sequence in the extension step to generate a signal from the hybridization probe;

(b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 단일 반응 용기에 넣고 상대적 고온의 변성, 상대적 저온의 혼성화 및 상대적 중온의 연장 단계의 PCR 반응을 2 cycle 이상 수행하는 단계; 및(b) placing the mixture of step (a) in a single reaction vessel and performing two or more cycles of PCR reaction comprising denaturation at relatively high temperature, hybridization at relatively low temperature, and extension step at relatively medium temperature; and

(c) 상기 PCR의 반응의 수행과 동시에, 상기 연장 단계에서 상기 혼성화성 프로브에서 발생하는 신호를 측정하여 표적핵산을 검출하는 단계.(c) simultaneously performing the PCR reaction, detecting the target nucleic acid by measuring the signal generated from the hybridization probe in the extension step.

상기 본 발명의 방법에 대해서는 본 발명의 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법에서 설명한 바가 그대로 준용될 수 있다.Regarding the method of the present invention, what was described in the PCR method for real-time detection of two target nucleic acids with a single signal of the present invention can be applied as is.

또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 아래의 (a) 혼성화성 프로브와 (b) 소광 프로브 세트에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to (a) a hybridization probe and (b) a quenching probe set below.

(a) 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 자진 혼성화성 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 또 상기 신호물질이 결합된 서열에서 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열을 가지는 프로브; 및(a) A complementary sequence specific to the target nucleic acid is a self-hybridizing probe, and this hybridization probe has a structure in which the signal substance and the quencher are adjacent to each other and no signal is generated when the target nucleic acid does not bind to the probe. , a probe having a single-stranded sequence extending terminally from the sequence to which the signal substance is bound; and

(b) 상기 혼성화성 프로브의 상기 연장된 단일가닥 서열에 상보적으로 결합하여 상기 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 소광 물질을 가진 소광 프로브로서, 이 소광 프로브는 상기 혼성화성 프로브의 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열과 상보적으로 결합할 경우 이 프로브의 소광물질은 상기 혼성화성 프로브의 신호물질과 인접하여 상기 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 구조를 가지는 프로브,(b) a quenching probe having a quenching material capable of quenching the signal substance of the hybridization probe by binding complementary to the extended single-stranded sequence of the hybridization probe, wherein the quenching probe is attached to the end of the hybridization probe A probe that has a structure capable of quenching the signal material of the hybridization probe when it binds complementary to a single-stranded sequence extending in the direction, and the quenching material of this probe is adjacent to the signal material of the hybridization probe;

여기서 상기 혼성화성 프로브의 그와 상보적인 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도가 상기 소광 프로브의 그와 상보적인 혼성화성 프로브부터 해리되는 융해온도보다 높도록 혼성화 프로브와 소광 프로브가 설계된다.Here, the hybridization probe and the quenching probe are designed so that the melting temperature at which the hybridization probe dissociates from its complementary target nucleic acid is higher than the melting temperature at which the quenching probe dissociates from its complementary hybridization probe.

본 발명의 프로브 세트에 대해서도 상기 본 발명의 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법과 관련하여 제2 혼성화성 프로브와 소광 프로브에 대해서 설명한 바가 그대로 준용될 수 있다.The description of the second hybridization probe and the quenching probe in relation to the PCR method for real-time detection of two target nucleic acids with a single signal of the present invention can also be applied to the probe set of the present invention.

또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 PCR 수행 중 단일 신호로 2가지 이상의 표적핵산의 실시간 검출을 위한 키트에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a kit for real-time detection of two or more target nucleic acids with a single signal during PCR.

본 발명의 키트는 아래의 (i)의 프라이머 세트와 (ii) ~ (iv)의 프로브를 포함한다.The kit of the present invention includes the primer set (i) and probes (ii) to (iv) below.

(i) 2가지 표적핵산 각각을 증폭시키기 위한 한 세트의 정방향 및 역방향 프라이머;(i) one set of forward and reverse primers to amplify each of the two target nucleic acids;

(ii) (ii-a) 2가지 표적핵산 중 제1의 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 가지거나, (ii-b) 그 제1의 표적핵산에 의존하여 생성되는 제1의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 가지는, 제1의 혼성화성 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 표적핵산이나 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 서열과 결합함으로써 신호물질과 소광물질이 이격되어 신호가 발생하지만, 연장 단계에서는 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 신호물질과 소광물질이 인접하여 신호가 소멸될 수 있는 구조를 가진 프로브;(ii) (ii-a) a first artificial target nucleic acid that has a specific complementary sequence to the first target nucleic acid among the two target nucleic acids, or (ii-b) is produced depending on the first target nucleic acid. A first hybridization probe having a specific complementary sequence, this hybridization probe has a structure in which the signal substance and the quencher are adjacent to each other and no signal is generated when the target nucleic acid does not bind to the probe, The melting temperature at which it (the first hybridization probe) dissociates from its complementary target nucleic acid or artificial target nucleic acid is the annealing step among the relatively high-temperature denaturation step, relatively low-temperature annealing step, and relatively medium-temperature extension step of the PCR reaction. Between the temperature and the temperature of the extension step, in the annealing step, the signal material and the quenching material are separated by binding to the sequence complementary to it (the first hybridization probe), thereby generating a signal, but in the extension step, the signal material and the quenching material are separated. hybridization probe), a probe having a structure in which a signal substance and a quencher are adjacent and the signal is quenched by dissociating from its complementary sequence;

(iii) 2개 이상의 표적핵산 중 제2의 표적핵산에 의존하여 생성되는 제2의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 갖는 제2의 혼성화성 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 또 상기 신호물질이 결합된 서열에서 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열을 가지며, 또 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 제2의 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 연장 단계의 온도와 변성 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계와 연장 단계에서는 상기 제2의 혼성화성 프로브가 그와 상보적인 제2의 인공 표적핵산과 결합 상태를 유지할 수 있는 프로브; 및(iii) a second hybridization probe having a specific complementary sequence to a second artificial target nucleic acid produced depending on the second target nucleic acid among two or more target nucleic acids, wherein the hybridization probe corresponds to the target nucleic acid When not bound to a probe, the signal material and the quencher are adjacent to each other and have a structure in which no signal is generated, and have a single-stranded sequence extending terminally from the sequence to which the signal material is bound, and it (second The melting temperature at which the hybridization probe dissociates from the second artificial target nucleic acid complementary thereto is the temperature of the extension step and the denaturation step among the relatively high-temperature denaturation step, the relatively low-temperature annealing step, and the relatively medium-temperature extension step of the PCR reaction. A probe capable of maintaining a binding state between the second hybridization probe and a second artificial target nucleic acid complementary thereto during the annealing step and the extension step between temperatures; and

(iv) 상기 제2의 혼성화성 프로브의 상기 연장된 단일가닥 서열에 상보적으로 결합하여 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 소광 물질을 가진 소광 프로브로서, 이 소광 프로브는 상기 제2의 혼성화성 프로브와 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열과 상보적으로 결합할 경우 이 프로브의 소광물질은 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질과 인접하여 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 구조를 가지고, 또 이 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 상기 제2의 혼성화성 프로브와 결합함으로써 제2의 혼성화성 프로브의 신호를 소광시킬 수 있지만, 연장 단계에서는 상기 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 제2의 혼성화성 프로브에서 신호가 발생되도록 할 수 있는 프로브.(iv) a quenching probe having a quenching material capable of quenching the signal material of the second hybridization probe by binding complementary to the extended single-stranded sequence of the second hybridization probe, wherein the quenching probe When complementary to the second hybridization probe and a single-stranded sequence extending toward its end (second hybridization probe), the quencher of this probe is combined with the signal material of the second hybridization probe. It has a structure capable of quenching the signal material of the second hybridization probe adjacent to it, and the melting temperature at which this quenching probe dissociates from its complementary sequence is the relatively high temperature denaturation step of the PCR reaction and the relatively low temperature annealing step. During the extension step and the relative medium temperature, the signal of the second hybridization probe can be quenched by binding to the second hybridization probe in the annealing step between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step, but in the extension step, the signal of the second hybridization probe can be quenched. A probe capable of causing the quenching probe to dissociate from its complementary sequence, thereby generating a signal in a second hybridization probe.

본 발명의 키트는 상기 프라이머 세트와 상기 3가지 프로브를 포함하는 이외에, 4가지 NTP, DNA 폴리머라아제를 추가로 포함할 수 있고, 또한 기타 인자로서 pH 안정화제인 Tris-HCl, 효소 활성을 촉진하기 위한 보조 인자인 MgCl2나 MgSO4 또는 (NH4)2SO4, 효소 안정화를 위한 인자인 BSA(Bovine Serum Albumin)나 젤라틴이나 글리세롤 또는 PEG 6000, 프라이머의 표적핵산에의 결합을 촉진하는 인자인 KCl, 비특이적 증폭을 억제하기 위한 비이온성 계면활성제인 Tween 20이나 Triton X-100, DNA 중합효소의 핵산에의 비특이적 결합을 감소시키기 위한 스퍼미딘(spermidine), 프라이머의 표적핵산과의 어닐닝을 촉진하기 위한 인자인 우레아(urea)나 DMSO(dimethylsulfoxide) 또는 DMF(dimethylformamid), 베타인(Betain), DNA 폴리머라아제의 응집을 방지하기 위한 인자인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)나 Triton X-100 등을 추가로 포함할 수도 있다.In addition to containing the primer set and the three probes, the kit of the present invention may further include four types of NTPs and DNA polymerase, and as other factors, Tris-HCl, a pH stabilizer, to promote enzyme activity. MgCl2, MgSO4 or (NH4)2SO4 as auxiliary factors for enzyme stabilization, BSA (Bovine Serum Albumin), gelatin, glycerol or PEG 6000 as factors for enzyme stabilization, KCl as a factor promoting binding of primers to target nucleic acids, and non-specific amplification. Tween 20 or Triton It may additionally contain (urea), DMSO (dimethylsulfoxide), DMF (dimethylformamid), betaine, SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) or Triton there is.

또 본 발명의 키트는 키트 사용에 대한 설명서를 추가로 포함할 수 있다. 이 설명서에는 전술한 바의 본 발명의 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법이 교시될 수 있다.Additionally, the kit of the present invention may additionally include instructions for using the kit. This manual may teach a PCR method for real-time detection of two target nucleic acids with a single signal of the present invention as described above.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 단일 신호로 2가지 이상의 표적핵산을 검출하기 위한 PCR 방법을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, a PCR method can be provided for detecting two or more target nucleic acids with a single signal.

본 발명의 방법은 PCR 과정 중 단일 신호를 사용하더라도 2가지 표적핵산에 대한 신호를 서로 간섭 없이 각각 어닐링 단계 및 연장 단계에서 검출할 수 있다. 본 발명의 방법에 따른 이들 검출 신호는 동일한 단일 신호를 사용하여 얻어진 것으로 서로 간 가감 등의 데이터 가공의 필요가 없고, 따라서 신호 강도와 PCR 사이클 수로 구성되는 PCR 결과 그래프에서 2가지 표적핵산의 검출 여부(정성 정보)와 검출 정도(정량 정보)를 곧바로 손쉽게 확인할 수 있는 효과를 제공한다.The method of the present invention can detect signals for two target nucleic acids in the annealing step and extension step, respectively, without interfering with each other, even if a single signal is used during the PCR process. These detection signals according to the method of the present invention are obtained using the same single signal, so there is no need for data processing such as addition or subtraction, and therefore, whether two target nucleic acids are detected in the PCR result graph consisting of signal intensity and number of PCR cycles. It provides the effect of being able to immediately and easily check (qualitative information) and detection degree (quantitative information).

도 1은 본 발명에 따른 3가지의 프로브인 제 1 및 제 2의 혼성화성 프로브와 1가지의 소광 프로브의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법에 대한 개념도이다.
도 3은 인공 표적핵산을 생성하는 C-TAG(Cleavable Tag) 기술의 개념도이다.
도 4는 제2 혼성화성 프로브(DaO)의 경우 어닐링 단계 및 연장 단계에서 신호가 발생하지만 소광 프로브(QO)를 함께 사용하면 연장 단계에서만 신호가 발생함을 보여주는 실험 결과이다.
도 5는 제2 혼성화성 프로브(DaO)의 그 표적핵산과의 융해온도와 소광 프로브(QO)의 제2 혼성화성 프로브(DaO)와의 융해온도의 확인 결과이다.
도 6은 본 발명의 방법에 따라 단일 신호로 PCR 수행 중 표적핵산 H3 및 09pdm의 실시간 검출이 가능함을 보여주는 결과이다.
도 7은 본 발명의 방법에 따라 다중 형광 채널구성에서 형광 채널과 검출 온도를 통해 다중 표적핵산에 대한 개별 분석이 가능함을 SARS-CoV-2와 Flu A/H3N2의 실시간 검출을 통해 보여주는 결과이다.
도 8은 본 발명의 방법에 따라 다중 형광 채널 구성에서 형광 채널과 검출 온도를 통해 다중 표적핵산에 대한 개별 분석이 가능함을 FluA/H1N1pdm과 Flu B의 실시간 검출을 통해 보여주는 결과이다.
도 9는 본 발명의 방법에 따라 다중 형광 채널 구성에서 형광 채널과 검출 온도를 통해 다중 표적핵산에 대한 개별 분석이 가능함을 아데노바이러스 (ADV)와 표적핵산이 포함되지 않은 대조구 (NC)의 실시간 검출을 통해 보여주는 결과이다.
Figure 1 shows the structures of three probes, first and second hybridization probes, and one quenching probe according to the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram of the PCR method for real-time detection of two target nucleic acids with a single signal of the present invention.
Figure 3 is a conceptual diagram of C-TAG (Cleavable Tag) technology for generating artificial target nucleic acids.
Figure 4 is an experimental result showing that in the case of the second hybridization probe (DaO), a signal is generated in the annealing step and the extension step, but when a quenching probe (QO) is used together, a signal is generated only in the extension step.
Figure 5 shows the results of confirmation of the melting temperature of the second hybridization probe (DaO) with its target nucleic acid and the melting temperature of the quenching probe (QO) with the second hybridization probe (DaO).
Figure 6 is a result showing that real-time detection of target nucleic acids H3 and 09pdm during PCR is possible with a single signal according to the method of the present invention.
Figure 7 is a result showing through real-time detection of SARS-CoV-2 and Flu A/H3N2 that individual analysis of multiple target nucleic acids is possible through fluorescence channels and detection temperature in a multiple fluorescence channel configuration according to the method of the present invention.
Figure 8 is a result showing through real-time detection of FluA/H1N1pdm and Flu B that individual analysis of multiple target nucleic acids is possible through fluorescence channels and detection temperatures in a multiple fluorescence channel configuration according to the method of the present invention.
Figure 9 shows real-time detection of adenovirus (ADV) and a control group (NC) that does not contain target nucleic acids, showing that individual analysis of multiple target nucleic acids is possible through fluorescence channels and detection temperatures in a multiple fluorescence channel configuration according to the method of the present invention. This is the result shown through .

이하 본 발명을 실시예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these embodiments.

<실시예> PCR를 통해 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출<Example> Real-time detection of two target nucleic acids with a single signal through PCR

정의Justice

본 실시예에서 cTAG 프라이머는 상기 C-TAG 기술에 적용되는 프라이머로, 표적핵산에 의존하여 인공 표적핵산을 생성하는 것을 가능하게 하는 프라이머를 말한다. 또 본 실시예에서 DaO((Dual-annealing oligonucleotide) 프로브는 본 발명에 따른 제2 혼성화성 프로브를 말하는데, 이 프로브는 표적핵산과의 상보적인 결합을 가능하게 하는 서열과 또 소광 프로브와 상보적인 결합을 가능하게 하는 서열을 가진다. 또 본 실시예에서 QO(Queching oligonucleotide) 프로브는 본 발명에 따른 소광 프로브로서 이 프로브는 상기 DaO와 상보적으로 결합하여 DaO의 신호를 소광시킬 수 있는 구조를 가진다.In this example, the cTAG primer is a primer applied to the C-TAG technology and refers to a primer that makes it possible to generate an artificial target nucleic acid depending on the target nucleic acid. Also, in this example, the DaO ((Dual-annealing oligonucleotide) probe refers to the second hybridization probe according to the present invention, which has a sequence that enables complementary binding to the target nucleic acid and also complementary binding to the quenching probe. Also, in this example, the QO (quenching oligonucleotide) probe is a quenching probe according to the present invention, and this probe has a structure that can quench the signal of DaO by binding complementary to the DaO.

<실시예 1> QO 프로브에 의한 형광 신호 억제 확인<Example 1> Confirmation of fluorescence signal suppression by QO probe

QO 프로브 융해온도보다 낮은 온도에서 DaO 프로브가 표적핵산과 결합하고 여기에 QO 프로브가 결합함으로써, DaO 프로브의 신호가 QO에 의하여 소광됨을 확인하기 위하여 본 실험을 진행하였다. 본 실시예에서 호흡기 질환의 원인체인 아데노바이러스의 펜톤 DNA를 실제의 표적핵산으로 사용하였으며 그 실제 표적핵산으로부터 C-TAG 기술에 의해 생성되는 인공 표적핵산을 DaO 프로브를 사용하여 검출하였다. This experiment was conducted to confirm that the DaO probe binds to the target nucleic acid at a temperature lower than the QO probe melting temperature, and that the signal of the DaO probe is quenched by QO by binding to the QO probe. In this example, Fenton DNA of adenovirus, the cause of respiratory disease, was used as the actual target nucleic acid, and artificial target nucleic acid generated from the actual target nucleic acid by C-TAG technology was detected using a DaO probe.

DaO 프로브(DaO #1)는 5' 말단에 소광분자(BHQ-2)가, 그리고 내부 부분에 형광 신호 분자(Cy5)가 표지되었고, QO 프로브(QO #1)는 3' 말단에 소광 분자(BHQ-2)로 표지되어 있다. 그리고 정방향 프라이머(프라이머 1)는 C-TAG 기술 구현을 위해 인공 표적핵산 서열을 생성하도록 5' 말단과 제한효소 인식 부위 사이에 인위적인 임의 서열이 포함되어 있다. 인공 표적핵산은 이에 상보적인 서열로 이는 실제 표적핵산이 시료 중에 존재할 경우에만 생성되게 된다.The DaO probe (DaO #1) is labeled with a quencher molecule (BHQ-2) at the 5' end and a fluorescent signal molecule (Cy5) at the inner part, and the QO probe (QO #1) is labeled with a quencher molecule (Cy5) at the 3' end. It is marked as BHQ-2). And the forward primer (primer 1) contains an artificial random sequence between the 5' end and the restriction enzyme recognition site to generate an artificial target nucleic acid sequence to implement C-TAG technology. The artificial target nucleic acid is a complementary sequence and is generated only when the actual target nucleic acid is present in the sample.

사용된 프라이머 및 프로브 서열은 다음과 같다.The primer and probe sequences used are as follows.

프라이머 1: 5'-GCATCTCCGTGAGCCAGA CCAGG CACCGTCAGTGAAAACGTTCC-3'Primer 1: 5'- GCATCTCCGTGAGCCAGA CCAGG CACCGTCAGTGAAAACGTTCC-3'

프라이머 2: 5'-ATGCCCAGGGCCTTGTAAAC-3'Primer 2: 5'-ATGCCCAGGGCCTTTGTAAAC-3'

DaO #1:DaO #1:

5'-[BHQ2]CGCCGCGAGTCCCTTCCGCCGTGAGCCAGACGCGGCG[T(Cy5)]GACCTGCGTCGACCGCCGG[C3 spacer]-3'5'-[BHQ2]CGCCGCGAGTCCCTTCCGCCGTGAGCCAGACGGCGGCG[T(Cy5)]GACCTGCGTCGACCGCCGG[ C3 spacer ]-3'

QO #1: 5'-CCGGCGGTCGACGCAGGTC[BHQ2]-3'QO #1: 5'-CCGGGCGGTCGACGCAGGTC[BHQ2]-3'

상기 프라미머 1의 굵고 기울어진 서열은 제한효소 PspGI의 인지서열을 의미하며, 밑줄은 이로 인해 생성되는 인공 표적핵산의 상보적인 서열이다. DaO와 QO에서 괄호는 소광 분자, 형광 신호 분자 혹은 C3 spacer가 위치한 염기서열의 위치를 의미한다. C3 spacer는 3개의 carbon으로 이루어진 aliphatic linker를 의미한다. 증폭물로부터 생성되는 C-TAG 서열은 다음과 같다.The bold and slanted sequence of primer 1 indicates the recognition sequence of the restriction enzyme PspGI, and the underline is the complementary sequence of the artificial target nucleic acid produced thereby . In DaO and QO, parentheses indicate the position of the base sequence where the quenching molecule, fluorescent signal molecule, or C3 spacer is located . C3 spacer refers to an aliphatic linker made of three carbons. The C-TAG sequence generated from the amplicon is as follows.

C-TAG 서열 1: 5'-TCTGGCTCACGGAGATGC-3’C-TAG sequence 1: 5'-TCTGGCTCACGGAGATGC-3'

생성된 C-TAG 서열은 프로브 혹은 DAO에 혼성화 및 연장되며 연장된 서열은 다음과 같다.The generated C-TAG sequence is hybridized to a probe or DAO and extended, and the extended sequence is as follows.

C-TAG 연장서열 1: TCTGGCTCACGGAGATGCGACGTCGCGGCG C-TAG extension sequence 1: TCTGGCTCACGGAGATGCGACGTCGCGGCG

DaO #1의 표적핵산(C-TAG 연장서열 1)과의 융해온도는 78℃로 설계되어 있고, QO #1의 DaO #1와의 융해온도는 70℃로 설계되어 있다.The melting temperature of DaO #1 with the target nucleic acid (C-TAG extension sequence 1) is designed to be 78°C, and the melting temperature of QO #1 with DaO #1 is designed to be 70°C.

각 0.3 μM의 정방향, 역방향 프라이머와 0.1μM의 DaO #1를 QO #1없이 혹은 0.3μM의 QO #1를 포함하여, PspGI (NEB, USA) 5U, PCR 버퍼(PCR buffer, 1x), MgCl2 2.5 mM, dNTP 200 μM, Solg™ h-Taq DNA polymerase (Solgent, Korea) 1.6 U, 및 아데노바이러스의 주형 DNA 100 pg/ul와 함께 혼합한 총 20 ㎕의 반응액을 CFX96 Real-time PCR (Bio-Rad, USA)를 이용하여 실시간 PCR 반응을 수행하였다. 상기 반응액이 들어있는 튜브를 55℃에서 5분 인큐베이션 한 후, 95℃에서 15분 동안 변성시키고, 95℃에서 변성(denaturation) 단계 30초, 60℃에서 혼성화(annealing) 단계 30초, 75℃에서 연장(extension) 단계 30초의 사이클을 40회 반복하여 수행하였다. 형광 신호는 매 사이클마다 60℃의 어닐링 단계와 75℃의 연장 단계에서 검출하였다.0.3 μM each of forward and reverse primers, 0.1 μM DaO #1 without QO #1 or with 0.3 μM QO #1, 5U of Psp GI (NEB, USA), PCR buffer (1x), MgCl 2 A total of 20 μl of reaction solution mixed with 2.5 mM, dNTP 200 μM, Solg™ h-Taq DNA polymerase (Solgent, Korea) 1.6 U, and adenovirus template DNA 100 pg/ul was subjected to CFX96 Real-time PCR ( Real-time PCR reaction was performed using Bio-Rad, USA). The tube containing the reaction solution was incubated at 55°C for 5 minutes, then denatured at 95°C for 15 minutes, denaturation at 95°C for 30 seconds, hybridization at 60°C for 30 seconds, and 75°C. In the extension step, a cycle of 30 seconds was repeated 40 times. Fluorescence signals were detected during the annealing step at 60°C and the extension step at 75°C in each cycle.

결과를 도 4에 나타내었는데, 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, QO 미포함 조건에서는 60℃의 어닐링 단계와 75℃의 연장 단계 2개 구간에서 검출되는 형광 신호가 QO 포함 조건에서는 75℃의 연장 단계 1개 구간에서만 검출됨을 확인할 수 있다. The results are shown in Figure 4. As can be seen in Figure 4, the fluorescence signal detected in two sections, the annealing step at 60°C and the extension step at 75°C in the condition without QO, was the extension step at 75°C in the condition including QO. It can be confirmed that it is detected in only one section.

프라이머 1의 서열 중, 표적핵산이 존재할 경우에만 작용하게 되는 PspGI에 의하여 발생하는 5'말단의 인위적인 임의 서열인 5'-GCATCTCCGTGAGCCAGA-3'에 상보적인 서열이 C-TAG 서열이 DaO 프로브 서열 중 상기 임의 서열과 동일한 서열의 위치에 상보적으로 결합하여 DaO 프로브에 대해 프라이머로 작용하여 60℃의 어닐링 단계에서 연장됨으로써 DaO 프로브의 소광 분자와 형광 신호 분자를 서로 떨어지게 한다. 연장된 C-TAG 서열은 78℃의 해리온도를 가지도록 설계되어 75℃의 연장 단계에서도 결합이 유지되어 소광 분자와 형광 신호 분자를 떨어져 있게 한다.Among the sequences of primer 1, the C-TAG sequence complementary to 5'- GCATCTCCGTGAGCCAGA -3', an artificial random sequence at the 5' end generated by Psp GI, which acts only when the target nucleic acid is present, is the DaO probe sequence. It binds complementary to the position of the same sequence as the above random sequence, acts as a primer for the DaO probe, and is extended in the annealing step at 60°C to separate the quenching molecule and the fluorescent signal molecule of the DaO probe from each other. The extended C-TAG sequence is designed to have a dissociation temperature of 78°C, so that the binding is maintained even during the extension step at 75°C, thereby keeping the quencher molecule and the fluorescent signal molecule apart.

한편 QO 프로브는 60℃의 어닐링 단계에서 DaO 프로브 서열 중 3‘ 말단의 QO 상보 서열에 결합하여 QO의 3’말단의 소광 분자에 의하여 DaO 프로브의 내부 형광 신호 분자의 신호 발생을 억제한다. QO 프로브는 70℃의 해리온도를 가지도록 설계되어 75℃의 연장 단계에서 DaO에서 분리되어 QO의 소광 분자에 의한 형광 신호 억제 효과를 상실한다.Meanwhile, the QO probe binds to the QO complementary sequence at the 3' end of the DaO probe sequence in the annealing step at 60°C, suppressing the signal generation of the internal fluorescent signal molecule of the DaO probe by the quenching molecule at the 3' end of the QO. The QO probe was designed to have a dissociation temperature of 70°C, so it dissociates from DaO in the extension step at 75°C and loses the effect of suppressing the fluorescence signal by the quenching molecule of QO.

그러므로 도 4의 결과는 QO 프로브가 존재하지 않을 경우 60℃의 어닐링 단계와 75℃의 연장 단계 모두에서 DaO 프로브가 그 상보적 서열과 결합한 상태이기 때문에 그것의 소광 분자와 형광 신호 분자가 서로 떨어져 있어 형광 신호가 검출되지만, QO 프로브가 존재할 경우에는 이것이 60℃의 어닐링 단계에서는 DaO 프로브에 상보적으로 결합하여 QO 프로브의 소광 분자와 DaO 프로브의 형광 신호 분자가 서로 인접함으로써 신호가 발생하지 않지만, 75℃의 연장 단계에서는 QO 프로브가 DaO 프로브로부터 융해되어 분리됨으로써 DaO 프로브의 신호가 발생하는 것으로 볼 수 있다.Therefore, the results in Figure 4 show that when the QO probe is not present, the DaO probe is bound to its complementary sequence in both the annealing step at 60°C and the extension step at 75°C, so its quenching molecule and the fluorescent signal molecule are separated from each other. A fluorescence signal is detected, but when a QO probe is present, it binds complementary to the DaO probe during the annealing step at 60°C, so the quenching molecule of the QO probe and the fluorescence signal molecule of the DaO probe are adjacent to each other, so no signal is generated. 75 It can be seen that in the extension stage of ℃, the QO probe melts and separates from the DaO probe, thereby generating the signal of the DaO probe.

한편 실제 표적핵산인 아데노바이러스 주형 DNA 미첨가 조건 ( NC )에서는 2개 조건 모두 형광 신호가 검출되지 않는다(도 9 참조).Meanwhile, in the condition without addition of adenovirus template DNA, which is the actual target nucleic acid ( NC ), no fluorescence signal was detected in both conditions (see Figure 9).

<실시예 2> DaO 프로브와 QO 프로브의 융해 온도 확인<Example 2> Confirmation of melting temperature of DaO probe and QO probe

상기 실시예 1의 DaO 프로브(DaO #1)와 QO 프로브(QO #1)의 용융 온도에 따른 형광 신호의 변화를 융해 피크(Melting Peak) 분석을 통해 확인하였다. 상기 실시예 1과 같은 조건으로 사이클을 40회 수행하고 마지막 40회에 10분 동안 증폭 산물을 연장반응을 시킨 후, 얻어진 증폭 산물에 대해 온도를 55℃부터 90℃까지 5초당 0.5℃씩 상승시키며 온도 변화에 따른 형광 신호의 변화를 관찰하였다.The change in fluorescence signal according to the melting temperature of the DaO probe (DaO #1) and QO probe (QO #1) of Example 1 was confirmed through melting peak analysis. The cycle was performed 40 times under the same conditions as in Example 1, and at the last 40 times, the amplification product was extended for 10 minutes, and then the temperature of the obtained amplification product was increased from 55°C to 90°C at a rate of 0.5°C per 5 seconds. Changes in fluorescence signals according to temperature changes were observed.

결과를 도 5 에 나타내었는데, 도 5 의 용해 피크 분석 결과에서 확인되듯이, QO 미포함 조건은 DaO의 그 상보적 서열과의 분리에 해당하는 양의 방향의 피크만 관찰되지만(즉 형광 신호의 감소만이 확인되지만), QO 포함 조건은 DaO의 그 상보적 서열과의 분리에 해당하는 양의 방향의 피크 이외에, QO의 그 상보적 서열과의 분리를 반영하는 음의 방향의 피크가 동시에 관찰되었다. 이렇게 관찰된 용융 피크로부터 DaO의 그 상보적 서열과의 용융 온도는 78℃, QO의 그 상보적 서열과 용융 온도는 70℃임을 확인할 수 있다. The results are shown in Figure 5. As confirmed by the dissolution peak analysis results in Figure 5 , in the QO-free condition, only a peak in the positive direction corresponding to the separation of DaO from its complementary sequence is observed (i.e., a decrease in the fluorescence signal). However, under the QO inclusion conditions, in addition to the positive peak corresponding to the separation of DaO from its complementary sequence, a negative peak reflecting the separation of QO from its complementary sequence was simultaneously observed. . From the melting peak observed in this way, it can be confirmed that the melting temperature of DaO with its complementary sequence is 78°C, and the melting temperature of QO with its complementary sequence is 70°C.

표적핵산이 포함되지 않은 조건에서는 QO 포함, 미포함 조건 모두 형광 신호의 증가나 감소에 따른 피크가 확인되지 않았다.In conditions where the target nucleic acid was not included, no peaks were identified due to an increase or decrease in the fluorescence signal in both conditions including and without QO.

<실시예 3> 단일 형광 채널 내 2개 표적핵산에 대한 분석<Example 3> Analysis of two target nucleic acids in a single fluorescence channel

단일 형광 채널을 사용하여 하나의 반응 튜브 내에서 서로 다른 2개의 표적핵산 검출이 가능함을 증명하기 위해 본 실험을 진행하였다.This experiment was conducted to prove that it is possible to detect two different target nucleic acids in one reaction tube using a single fluorescence channel.

본 실시예는 호흡기 질환의 원인체인 인플루엔자 A형 바이러스 H3N2 아형과 09pdm 아형의 RNA를 대상으로 실시하였으며 하기된 검출 과정에는 C-TAG 기술이 적용된 PCR이 진행되었다.This example was conducted on RNA of influenza A virus subtype H3N2 and subtype 09pdm, which are the cause of respiratory diseases, and PCR using C-TAG technology was performed in the detection process described below.

Taq DNA 중합효소를 사용하여 정방향 및 역방향 프라이머의 연장을 진행하였으며 제한효소를 통해 증폭산물로부터 C-TAG 프로브 혹은 DaO와 상보적인 DNA 절편(C-TAG)을 생성하였다. 생성된 DNA 절편은 C-TAG 프로브/DaO 서열 내의 상보적인 결합부위에 혼성화되며 중합효소에 의해 연장되어 C-TAG 프로브/DaO의 구조를 변화시킨다. 이때 QO의 융해온도 이하에서는 QO에 의해 DaO의 소광이 이루어지고 융해온도 이후에서 형광신호가 검출되게 된다.Taq DNA polymerase was used to extend the forward and reverse primers, and a C-TAG probe or a DNA fragment (C-TAG) complementary to DaO was generated from the amplification product using restriction enzymes. The generated DNA fragment hybridizes to the complementary binding site within the C-TAG probe/DaO sequence and is extended by polymerase to change the structure of the C-TAG probe/DaO. At this time, below the melting temperature of QO, DaO is quenched by QO, and a fluorescence signal is detected after the melting temperature.

프라이머 정보 및 증폭과정에서 생성되는 표적 서열 정보는 다음과 같다.Primer information and target sequence information generated during the amplification process are as follows.

프라이머 3: 5'- ACACATCGACCCGTACGATG CCAGG CCGACAGTCCTCACCGAATCC -3'Primer 3: 5'- ACACATCGACCCGTACGATG CCAGG CCGACAGTCCTCACCGAATCC -3'

프라이머 4: 5'- GCTGTAAGCTTTGCTGCGTT -3'Primer 4: 5'-GCTGTAAGCTTTGCTGCGTT -3'

프라이머 5: 5'- GTGCCTCAGGAACGCTCG CCAGG AGCAAGAAGTTCAAGCCGGA -3'Primer 5: 5'- GTGCCTCAGGAACGCTCG CCAGG AGCAAGAAGTTCAAGCCGGA -3'

프라이머 6: 5'- CCCGGCTCTACTAGTGTCCA -3'Primer 6: 5'- CCCGGCTCTACTAGTGTCCA -3'

C-TAG 프로브 1: 5'- ATAATTAAGAA[T(FAM)]ACACATCGACCCGTACGATG[BHQ1] -3'C-TAG Probe 1: 5'- ATAATTAAGAA[T(FAM)] ACACATCGACCCGTACGATG [BHQ1] -3'

DaO #2: DaO #2:

5'-[BHQ1]CGCCGCGGGTGCCTCAGGAACGCTCGCGCGGCG[T(FAM)]TAGACGACGGCCGACCCTGC[C3 spacer]-3'5'-[BHQ1]CGCCGCGGGTGCTCAGGAACGCTCGCGCGGCG[T(FAM)]TAGACGACGGCCGACCCTGC[C3 spacer]-3'

QO #2: 5'-GCAGGGTCGGCCGTCGTCTA[BHQ1]-3'QO #2: 5'-GCAGGGTCGGCCGTCGTCTA[BHQ1]-3'

상기 프라미머 3, 5의 굵고 기울어진 서열은 제한효소 PspGI의 인지서열을 의미하며, 밑줄은 이로 인해 생성되는 인공 표적핵산의 상보적인 서열이다. 프로브, DaO 및 QO에서 괄호는 형광리포터, 형광소광체 혹은 C3 spacer가 위치한 염기서열의 위치를 의미한다. C3 spacer는 3개의 Carbon으로 이루어진 aliphatic linker를 의미한다. 증폭물로부터 생성되는 C-TAG 서열은 다음과 같다.The thick and slanted sequences of primers 3 and 5 indicate the recognition sequence of the restriction enzyme PspGI, and the underline is the complementary sequence of the artificial target nucleic acid produced thereby. In probes, DaO and QO, parentheses indicate the position of the base sequence where the fluorescent reporter, fluorescent quencher or C3 spacer is located. C3 spacer refers to an aliphatic linker consisting of three carbons. The C-TAG sequence generated from the amplicon is as follows.

C-TAG 서열 2 5'-CATCGTACGGGTCGATGTGT-3’C-TAG sequence 2 5'-CATCGTACGGGTCGATGTGT-3'

C-TAG 서열 3: 5'-CGAGCGTTCCTGAGGCAC-3‘C-TAG sequence 3: 5'-CGAGCGTTCCTGAGGCAC-3'

생성된 C-TAG 서열은 프로브 혹은 DAO에 혼성화 및 연장되어 인공 표적핵산을 생성하며 연장된 서열은 다음과 같다.The generated C-TAG sequence is hybridized to a probe or DAO and extended to generate an artificial target nucleic acid, and the extended sequence is as follows.

C-TAG 연장서열 2: 5'-CATCGTACGGGTCGATGTGTATTCTTAATTAT-3’C-TAG extension sequence 2: 5'-CATCGTACGGGTCGATGTGTATTCTTAATTAT-3'

C-TAG 연장서열 3: 5'-CGAGCGTTCCTGAGGCACCCGCGGCG-3‘C-TAG extension sequence 3: 5'-CGAGCGTTCCTGAGGCACCCGCGGCG-3'

C-TAG 프로브 1의 융해온도는 66℃로 설계되어 있고, DaO #2의 표적핵산(C-TAG에 의해 생성되는 인공 표적핵산임)과의 융해온도는 77℃로 설계되어 있고, QO #2의 DaO #2와의 융해온도는 68℃로 설계되어 있다.The melting temperature of C-TAG probe 1 is designed at 66°C, the melting temperature of DaO #2 with the target nucleic acid (which is an artificial target nucleic acid produced by C-TAG) is designed at 77°C, and QO #2 The melting temperature with DaO #2 is designed to be 68°C.

프라이머 3과 4는 H3N2 유전자 서열과 반응하고, 프라이머 5과 6는 09pdm 유전자 서열과 반응하며 프라이머 3과 4의 H3N2 유전자 증폭 과정에서 생성되는 C-TAG 서열 2은 프로브 1과, 프라이머 5과 6의 09pdm 유전자 증폭 과정에서 생성되는 C-TAG 서열 3은 DaO #2와 반응한다. QO #2는 DaO #2의 QO 결합 부위와 반응한다.Primers 3 and 4 react with the H3N2 gene sequence, primers 5 and 6 react with the 09pdm gene sequence, and C-TAG sequence 2 generated during the H3N2 gene amplification process of primers 3 and 4 reacts with probe 1 and primers 5 and 6. C-TAG sequence 3 generated during the 09pdm gene amplification process reacts with DaO #2. QO #2 reacts with the QO binding site of DaO #2.

각 0.15 μM의 상기 프라이머 1, 2, 3, 4와 0.1μM의 C-TAG 프로브 1과 DaO #2, 0.3μM의 QO #2를 포함하여, PspGI (NEB, USA) 5U, PCR 버퍼(PCR buffer, 1x), MgCl2 2.5 mM, dNTP 200 μM, DTT 0.1mM, RNase Inhibitor 1U, SuperiorScript III(Enzynomics, Korea)를 주형 없이 또는 H3 혹은 09pdm 주형 RNA 단독으로 100 pg/ul 혹은 H3와 09pdm 각 100pg/ul씩 혼합한 주형 RNA와 함께 혼합한 총 20 ㎕의 반응액을 CFX96 Real-time PCR (Bio-Rad, USA)를 이용하여 실시간 PCR 반응을 수행하였다. 상기 반응액이 들어있는 튜브를 55℃에서 30분 역전사 반응을 진행한 후 95℃에서 15분동안 변성시키고, 95℃에서 30초의 변성 단계, 60℃에서 30초의 어닐링 단계, 75℃에서 30초의 연장 단계로 이루어지는 사이클을 45회 반복하여 수행하였다. 형광 신호는 매 사이클마다 60℃와 75℃도에서 검출하였다.5U of Psp GI (NEB, USA), PCR buffer (PCR buffer, 1x), MgCl 2 2.5 mM, dNTP 200 μM, DTT 0.1mM, RNase Inhibitor 1U, SuperiorScript III (Enzynomics, Korea) at 100 pg/ul without template or with H3 or 09pdm template RNA alone or 100 pg each of H3 and 09pdm A total of 20 ㎕ of reaction solution mixed with the template RNA at a ratio of /ul was subjected to real-time PCR reaction using CFX96 Real-time PCR (Bio-Rad, USA). The tube containing the reaction solution was subjected to a reverse transcription reaction at 55°C for 30 minutes, then denatured at 95°C for 15 minutes, followed by a denaturation step of 30 seconds at 95°C, an annealing step of 30 seconds at 60°C, and extension of 30 seconds at 75°C. The cycle consisting of steps was repeated 45 times. Fluorescence signals were detected at 60°C and 75°C for each cycle.

결과를 도 6에 나타내었는데, 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이 H3 주형 단독 조건에서는 60℃에서만 증폭 곡선이 확인되며 75℃에서는 형광 신호가 확인되지 않는다. 09pdm 주형 단독 조건에서는 60℃에서는 증폭곡선이 확인되지 않으며 75℃에서만 증폭곡선이 확인된다. H3와 09pdm의 혼합 조건에서는 60℃에서는 H3의 증폭곡선이, 75℃에서는 09pdm의 증폭 곡선이 확인된다. H3와 09pdm의 혼합 조건에서 각 온도에서 확인되는 PCR 결과 그래프는 같은 농도의 주형이 투입된 H3 혹은 09pdm 단독 조건에서 검출되는 PCR 결과 그래프와 동일한 양상으로 확인되어, 2가지 표적핵산 검출에서 각 표적핵산에 대한 검출 결과가 서로 간섭됨이 없이 단일 형광 검출 채널에 의해 얻어짐을 확인할 수 있다.The results are shown in Figure 6. As can be seen in Figure 6, under the condition of H3 template alone, the amplification curve was confirmed only at 60°C, and no fluorescence signal was confirmed at 75°C. In the condition of 09pdm template alone, the amplification curve is not confirmed at 60℃, and the amplification curve is confirmed only at 75℃. In the mixed conditions of H3 and 09pdm, the amplification curve of H3 is confirmed at 60℃ and the amplification curve of 09pdm is confirmed at 75℃. The PCR result graph confirmed at each temperature under the mixed conditions of H3 and 09pdm was confirmed to be the same as the PCR result graph detected under the H3 or 09pdm alone condition in which the same concentration of template was input, and in the detection of two target nucleic acids, the graph of PCR results confirmed at each temperature was confirmed to be the same. It can be confirmed that the detection results are obtained by a single fluorescence detection channel without interference with each other.

<실시예 4> 다중 형광 채널 내 다중 표적핵산에 대한 분석<Example 4> Analysis of multiple target nucleic acids in multiple fluorescence channels

다중 형광 채널을 사용하여 하나의 반응 튜브 내에서 형광 채널과 검출 온도를 통해 다중 표적핵산에 대한 개별 분석이 가능함을 증명하기 위해 본 실험을 진행하였다.This experiment was conducted to prove that individual analysis of multiple target nucleic acids is possible through fluorescence channels and detection temperature in one reaction tube using multiple fluorescence channels.

본 실시예는 호흡기 질환의 원인체인 SARS-CoV-2, Influenza A virus/H3N2, Influenza A virus/09pdm, Influenza B virus 및 Adenovirus의 핵산을 대상으로 실시하였으며 하기된 검출 과정에는 C-TAG 기술이 적용된 PCR이 진행되었다. This example was conducted on nucleic acids of SARS-CoV-2, Influenza A virus/H3N2, Influenza A virus/09pdm, Influenza B virus, and Adenovirus, which are the causes of respiratory diseases, and C-TAG technology was applied in the detection process described below. PCR was carried out.

Taq DNA 중합효소를 사용하여 정방향 및 역방향 프라이머의 연장을 진행하였으며 제한효소를 통해 증폭산물로부터 C-TAG 프로브 혹은 DaO와 상보적인 DNA 절편(C-TAG) 을 생성하였다. 생성된 DNA 절편은 C-TAG 프로브/DaO 서열 내의 상보적인 결합 부위에 혼성화되며 중합효소에 의해 연장되어 C-Tag 프로브/DaO의 구조를 변화시킨다. 이때 QO의 융해온도 이하에서는 QO에 의해 DaO의 소광이 이루어지고 융해온도 이후에서 형광신호가 검출되게 된다.Taq DNA polymerase was used to extend the forward and reverse primers, and a C-TAG probe or DNA fragment (C-TAG) complementary to DaO was generated from the amplification product using restriction enzymes. The resulting DNA fragment hybridizes to the complementary binding site within the C-TAG probe/DaO sequence and is extended by polymerase to change the structure of the C-Tag probe/DaO. At this time, below the melting temperature of QO, DaO is quenched by QO, and a fluorescence signal is detected after the melting temperature.

프라이머 정보 및 증폭과정에서 생성되는 표적 서열 정보는 다음과 같다.Primer information and target sequence information generated during the amplification process are as follows.

프라이머 7: 5'-ACACATCGACCCGCGATG CCAGG ACCCGCAATCCTGCTAACAA-3'Primer 7: 5'- ACACATCGACCCGCGATG CCAGG ACCCGCAATCCTGCTAACAA-3'

프라이머 8: 5'-ACGAGAAGAGGCTTGACTGC-3'Primer 8: 5'-ACGAGAAGAGGCTTGACTGC-3'

프라이머 9: 5'-GTGCCTCAGGAACGCTCG CCAGG AATAGAGCTCGCACCGTAGCPrimer 9: 5'- GTGCCTCAGGAACGCTCG CCAGG AATAGAGCTCGCACCGTAGC

프라이머 10: 5'-AACATGTTGTGCCAACCACC-3'Primer 10: 5'-AACATGTTGTGCAACCACC-3'

프라이머 11: 5'-CGCACGCGAAGCGTCT CCAGG CGCAGCAAAGCTTACAGCAA-3’Primer 11: 5'- CGCACGCGAAGGCGTCT CCAGG CGCAGCAAAGCTTACAGCAA-3'

프라이머 12: 5'-AAACTCCAGGGTGCCTGATG-3'Primer 12: 5'-AAACTCCAGGGTGCCTGATG-3'

프라이머 13: 5'-GACGACGCTGGCCACC CCAGG CAACCGCAAATGCAGACACA-3’Primer 13: 5'- GACGACGCTGGCCACC CCAGG CAACCGCAAATGCAGACACA-3'

프라이머 14: 5'-ACCCAAATGCAATGGGGCTA-3'Primer 14: 5'-ACCCAAATGCAATGGGGCTA-3'

프라이머 15: 5'-GCGACCCTGCGACGAG CCAGG ACGCCAGAATGCAACTGAGA-3’Primer 15: 5'- GCGACCCTGCGACGAG CCAGG ACGCCAGAATGCAACTGAGA-3'

프라이머 16: 5'-TTCTGGATCAACCGCCCTTC-3’Primer 16: 5'-TTCTGGATCAACCGCCCTTC-3'

프라이머 17: 5'-CTGGCGTGCACGGGTC CCAGG AGACATCAAGGCCAAGACGG-3'Primer 17: 5'- CTGGCGTGCACGGGTC CCAGG AGACATCAAGGCCAAGACGG-3'

프라이머 18: 5'-TGTCTGCAATCCCTGGGTTC-3’Primer 18: 5'-TGTCTGCAATCCCTGGGTTC-3'

프라이머 19: 5'-CTGGCAGCGCAGGCAG CCAGG CTGCTCTCACAGATCACGGG-3'Primer 19: 5'- CTGGCAGCGCAGGCAG CCAGG CTGCTCTCACAGATCACGGG-3'

프라이머 20: 5'-CCCAGGGCCTTGTAAACGTA-3'Primer 20: 5'-CCCAGGGCCTGTAAACGTA-3'

C-TAG 프로브 2: 5'-ATAATTAAGAA[T(FAM)]ACACATCGACCCGTACGATG[BHQ1]-3'C-TAG probe 2: 5'-ATAATTAAGAA[T(FAM)]ACACATCGACCCGTACGATG[BHQ1]-3'

C-TAG 프로브 3: 5'-ATTATTATAA[T(HEX)]CGCACGCGAAGCGTCT[BHQ1]-3'C-TAG probe 3: 5'-ATTATTATAA[T(HEX)] CGCACGCGAAGGCGTCT [BHQ1]-3'

C-TAG 프로브 4: 5'-CTATTATTA[T(Cy5)]GCGACCCTGCGACGAG[BHQ2]-3'C-TAG probe 4: 5'-CTATTATTA[T(Cy5)] GCGACCCTGCGACGAG [BHQ2]-3'

DaO #3: DaO #3:

5'-[BHQ1]CGCCGCGTGGTGCCTCAGGAACGCTCGCGCGGCG[T(FAM)]TAGACGACGGCCGACCCTGC[C3 spacer]-3'5'-[BHQ1]CGCCGCGTG GTGCCTCAGGAACGCTCG CGCGGCG[T(FAM)]TAGACGACGGCCGACCCTGC[C3 spacer]-3'

DaO #4: DaO #4:

5'-[BHQ1]CGCGGGCAGGACGACGCTGGCCACCGCCCGCG[T(HEX)]TAGACGACGGCCGACCCTGC[C3 spacer]-3'5'-[BHQ1]CGCGGGCAG GACGACGCTGGCCACC GCCCGCG[T(HEX)]TAGACGACGGCCGACCCTGC[C3 spacer]-3'

DaO #5: DaO #5:

5'-[BHQ2]GGCCGCGACCTGGCGTGCACGGGTCCGCGGCC[T(CalRed610)]GTGTGTGACGACTCGGCTGCG[C3 spacer]-3'5'-[BHQ2]GGCCGCGAC CTGGCGTGCACGGGTC CGCGGCC[T(CalRed610)]GTGTGTGACGACTCGGCTGCG[C3 spacer]-3'

DaO #6: DaO #6:

5'-[BHQ2]CCCGGCCTCCTGGCAGCGCAGGCAGGGCCGGC[T(Cy5)]TCGAGGGCTGGAACACGGTG[C3 spacer]-3'5'-[BHQ2]CCCGGCCTC CTGGCAGCGCAGGCAG GGCCGGC[T(Cy5)]TCGAGGGCTGGAACACGGTG[C3 spacer]-3'

QO #3: 5'-GCAGGGTCGGCCGTCGTCTA[BHQ1]-3'QO #3: 5'-GCAGGGTCGGCCGTCGTCTA[BHQ1]-3'

QO #4: 5'-GGTCGGTCGGGTCACCCCA[BHQ1]-3'QO #4: 5'-GGTCGGTCGGGTCACCCCA[BHQ1]-3'

QO #5: 5'-CGCAGCCGAGTCGTCACACAC[BHQ2]-3'QO #5: 5'-CGCAGCCGAGTCGTCACACAC[BHQ2]-3'

QO #6: 5'-CACCGTGTTCCAGCCCTCGA[BHQ2]-3'QO #6: 5'-CACCGTGTTCCAGCCCTCGA[BHQ2]-3'

상기 프라이머의 굵고 기울어진 서열은 제한효소 PspGI의 인지서열을 의미하며, 밑줄은 이로 인해 생성되는 인공 표적핵산의 상보적인 서열이다. DaO와 QO에서 괄호는 소광 분자, 형광 신호 분자 혹은 C3 spacer가 위치한 염기서열의 위치를 의미하며, C3 spacer는 3개의 Carbon으로 이루어진 aliphatic linker를 의미한다. 증폭물로부터 생성되는 C-TAG 서열은 다음과 같다.The thick and slanted sequence of the primer indicates the recognition sequence of the restriction enzyme PspGI, and the underline is the complementary sequence of the artificial target nucleic acid produced thereby. In DaO and QO, parentheses indicate the position of the base sequence where the quenching molecule, fluorescent signal molecule, or C3 spacer is located, and the C3 spacer refers to an aliphatic linker consisting of three carbons. The C-TAG sequence generated from the amplicon is as follows.

C-TAG 서열 4: 5’- CATCGTACGGGTCGATGTGT -3’C-TAG sequence 4: 5’- CATCGTACGGGTCGATGTGT -3’

C-TAG 서열 5: 5’- CGAGCGTTCCTGAGGCAC -3’C-TAG sequence 5: 5’- CGAGCGTTCCTGAGGCAC -3’

C-TAG 서열 6: 5’- AGACGCTTCGCGTGCG -3’C-TAG sequence 6: 5’- AGACGCTTCGCGTGCG -3’

C-TAG 서열 7: 5’- GGTGGCCAGCGTCGTC -3’C-TAG sequence 7: 5’- GGTGGCCAGCGTCGTC -3’

C-TAG 서열 8: 5’- CTCGTCGCAGGGTCGC -3'C-TAG sequence 8: 5'- CTCGTCGCAGGGTCGC -3'

C-TAG 서열 9: 5’- GACCCGTGCACGCCAG -3'C-TAG sequence 9: 5’- GACCCGTGCACGCCAG -3’

C-TAG 서열 10: 5’- CTGCCTGCGCTGCCAG -3'C-TAG sequence 10: 5'- CTGCCTGCGCTGCCAG -3'

생성된 C-TAG 서열은 프로브 혹은 DAO에 혼성화 및 연장되며 연장된 서열은 다음과 같다.The generated C-TAG sequence is hybridized to a probe or DAO and extended, and the extended sequence is as follows.

C-TAG 연장서열 4: 5’-CATCGTACGGGTCGATGTGTATTCTTAATTAT-3’C-TAG extension sequence 4: 5’-CATCGTACGGGTCGATGTGTATTCTTAATTAT-3’

C-TAG 연장서열 5: 5’-CGAGCGTTCCTGAGGCACCCGCGGCG-3’ C-TAG extension sequence 5: 5’-CGAGCGTTCCTGAGGCACCCGCGGCG-3’

C-TAG 연장서열 6: 5’-AGACGCTTCGCGTGCGATTATAATAAT-3’C-TAG extension sequence 6: 5’-AGACGCTTCGCGTGCGATTATAATAAT-3’

C-TAG 연장서열 7: 5’-GGTGGCCAGCGTCGTCCTGCCCGCG-3’C-TAG extension sequence 7: 5’-GGTGGCCAGCGTCGTCCTGCCCGCG-3’

C-TAG 연장서열 8: 5’-CTCGTCGCAGGGTCGCATAATAATAG-3’C-TAG extension sequence 8: 5’-CTCGTCGCAGGGTCGCATAATAATAG-3’

C-TAG 연장서열 9: 5’-GACCCGTGCACGCCAGGTCGCGGCC-3’C-TAG extension sequence 9: 5’-GACCCGTGCACGCCAGGTCGCGGCC-3’

C-TAG 연장서열 10: 5’-CTGCCTGCGCTGCCAGGAGGCCGGG-3’C-TAG extension sequence 10: 5’-CTGCCTGCGCTGCCAGGAGGCCGGG-3’

프라이머 7과 8, 9와 10은 각각 SARS-CoV-2의 N, RDRP 유전자와, 프라이머 11과 12, 13과 14는 각각 Influenza A virus의 H3N2형, H1N1pdm형의 HA 유전자와, 프라이머 15과 16는 Influenza A virus의 NP 유전자와, 프라이머 17과 18는 Influenza B virus의 NP 유전자와, 19과 20는 Adenovirus의 펜톤 유전자와 반응한다. 상기 프라이머 7~20에 의한 SARS-CoV-2 N, RDRP, H3N2, H1N1pdm, Flu A, Flu B, ADV 유전자 증폭 과정에서 생성되는 C-TAG 서열 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10은 각각 C-TAG 프로브 2, DaO #3, C-TAG 프로브 3, DaO #4, C-TAG 프로브 4, DaO #5, DaO #6와 반응하여 cTAG 연장서열 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10을 형성한다. QO #3, 4, 5, 6은 각각 DaO #3, 4, 5, 6의 QO 결합 부위와 반응한다.Primers 7 and 8, 9 and 10 are the N and RDRP genes of SARS-CoV-2, respectively, primers 11 and 12, 13 and 14 are the HA genes of the H3N2 and H1N1pdm types of the Influenza A virus, and primers 15 and 16, respectively. Primers 17 and 18 react with the NP gene of Influenza A virus, primers 17 and 18 react with the NP gene of Influenza B virus, and primers 19 and 20 react with the penton gene of Adenovirus. C-TAG sequences 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 generated during SARS-CoV-2 N, RDRP, H3N2, H1N1pdm, Flu A, Flu B, ADV gene amplification using primers 7 to 20 reacts with C-TAG probe 2, DaO #3, C-TAG probe 3, DaO #4, C-TAG probe 4, DaO #5, and DaO #6, respectively, to produce cTAG extension sequences 4, 5, 6, 7, and 8. , 9, and 10 are formed. QO #3, 4, 5, and 6 react with the QO binding site of DaO #3, 4, 5, and 6, respectively.

C-TAG 프로브 2~5의 융해온도는 66~67℃로 설계되어 있고, DaO #3~6의 각각의 표적핵산(C-TAG에 의해 생성되는 인공 표적핵산임)과의 융해온도는 77~78℃로 설계되어 있고, QO #3~6의 각각의 결합부위를 포함하는 DaO와의 융해온도는 68~70℃로 설계되어 있다.The melting temperature of C-TAG probes 2 to 5 is designed to be 66 to 67°C, and the melting temperature of DaO #3 to 6 with each target nucleic acid (which is an artificial target nucleic acid produced by C-TAG) is 77 to 67°C. It is designed at 78℃, and the melting temperature with DaO, which includes each binding site of QO #3~6, is designed at 68~70℃.

각 0.15 μM의 상기 프라이머 7~20과 각 0.1μM의 C-TAG 프로브 2~4와 DaO #3~6, 각 0.3μM의 QO #3~6를 포함하여, PspGI (NEB, USA) 5U, PCR 버퍼(PCR buffer, 1x), MgCl2 2.5 mM, dNTP 200 μM, DTT 0.1mM, RNase Inhibitor 1U, SuperiorScript III(Enzynomics, Korea)를 주형 없이 또는 SARS-CoV-2, Influenza A virus/H3N2, Influenza A virus/H1N1pdm, Influenza B virus 및 Adenovirus 핵산을 10^6 copies/ul 농도로 첨가한 총 20 ㎕의 반응액을 CFX96 Real-time PCR (Bio-Rad, USA)를 이용하여 실시간 PCR 반응을 수행하였다. 상기 반응액이 들어있는 튜브를 55℃에서 30분 역전사 반응을 진행한 후 95℃에서 15분 동안 변성시키고, 95℃에서 30초의 변성 단계, 60℃에서 30초의 어닐링 단계, 75℃에서 30초의 연장 단계로 이루어지는 사이클을 45회 반복하여 수행하였다. 형광 신호는 매 사이클마다 60℃와 75℃도에서 검출하였다.5U of Psp GI (NEB, USA), including primers 7 to 20 at 0.15 μM each, C-TAG probes 2 to 4 and DaO #3 to 6 at 0.1 μM each, QO #3 to 6 at 0.3 μM each, PCR buffer (1x), MgCl 2 2.5 mM, dNTP 200 μM, DTT 0.1mM, RNase Inhibitor 1U, SuperiorScript III (Enzynomics, Korea) without template or SARS-CoV-2, Influenza A virus/H3N2, Influenza A total of 20 ㎕ of reaction solution containing A virus/H1N1pdm, Influenza B virus, and Adenovirus nucleic acids at a concentration of 10^6 copies/ul was subjected to real-time PCR reaction using CFX96 Real-time PCR (Bio-Rad, USA). . The tube containing the reaction solution was subjected to a reverse transcription reaction at 55°C for 30 minutes, then denatured at 95°C for 15 minutes, followed by a denaturation step at 95°C for 30 seconds, an annealing step at 60°C for 30 seconds, and an extension at 75°C for 30 seconds. The cycle consisting of steps was repeated 45 times. Fluorescence signals were detected at 60°C and 75°C for each cycle.

결과를 도 7에 나타내었는데, 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이 SARS-CoV-2 주형 반응 조건에서는 60℃, 75℃의 FAM 채널에서만 C-TAG 프로브 2, DaO #3에 의한 증폭 곡선만이 확인되며 다른 채널의 형광 신호는 확인되지 않는다. H3N2 주형 반응 조건에서는 60℃에서 HEX 채널, 75℃에서 CalRed 610 에서만 C-TAG 프로브 3, DaO #4에 의한 증폭 곡선만이 확인되며 다른 채널의 형광 신호는 확인되지 않는다.The results are shown in Figure 7. As can be seen in Figure 7, under SARS-CoV-2 template reaction conditions, only the amplification curve by C-TAG probe 2 and DaO #3 was confirmed only in the FAM channel at 60°C and 75°C. and fluorescence signals from other channels are not confirmed. Under H3N2 template reaction conditions, only the amplification curves by C-TAG probe 3 and DaO #4 are confirmed in the HEX channel at 60°C and CalRed 610 at 75°C, and no fluorescence signals in other channels are confirmed.

H1N1pdm 주형 반응 조건에서는 75℃에서 HEX와 CalRed 610 에서만 C-TAG 프로브 4, DaO #4에 의한 증폭 곡선만이 확인되며 60℃ 구간 및 75℃의 다른 형광 채널의 형광 신호는 확인되지 않는다. Flu B 주형 반응 조건에서는 60℃에서 Cy5에서 C-TAG 프로브 5에 의한 증폭 곡선만이 확인되며 60℃의 다른 채널 및 75℃ 구간의 형광 신호는 확인되지 않는다 (도 8).Under the H1N1pdm template reaction conditions, only the amplification curve by C-TAG probe 4 and DaO #4 is confirmed in HEX and CalRed 610 at 75℃, and the fluorescence signals of other fluorescence channels in the 60℃ section and 75℃ are not confirmed. Under the Flu B template reaction conditions, only the amplification curve by C-TAG probe 5 in Cy5 at 60°C is confirmed, and fluorescence signals in other channels at 60°C and in the 75°C section are not confirmed (FIG. 8).

ADV 주형 반응 조건에서는 75℃에서 Cy5에서 DaO #5에 의한 증폭 곡선만이 확인되며 60℃ 구간 및 75℃의 다른 형광 채널의 형광 신호는 확인되지 않는다. 주형 없이 반응시킨 조건에서는 60, 75℃의 모든 형광 채널에서 증폭 곡선이 확인되지 않는다 (도 9).Under ADV template reaction conditions, only the amplification curve from Cy5 to DaO #5 at 75°C is confirmed, and the fluorescence signals of other fluorescence channels in the 60°C section and 75°C are not confirmed. Under conditions of reaction without template, no amplification curves were observed in all fluorescence channels at 60 and 75°C (Figure 9).

각 조건에서 주형에 대한 C-TAG 프로브 혹은 DaO 프로브에 의한 형광신호만 검출되며 다른 신호는 검출되지 아니하므로 다중 형광 채널에서 형광 채널과 검출 온도 구간을 통해 각 타깃을 개별적으로 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.In each condition, only the fluorescence signal from the C-TAG probe or DaO probe for the template is detected and no other signals are detected, so it can be confirmed that each target can be individually detected through the fluorescence channel and detection temperature range in the multiple fluorescence channel. You can.

Claims (28)

하기 (a) 내지 (c) 단계를 포함하는 단일 검출 채널에서 2가지 이상의 표적핵산의 실시간 검출을 위한 PCR 방법:
(a) 검출 대상 시료에 아래의 (i) ~ (iv)를 포함하는 PCR 반응을 위한 혼합물을 준비하는 단계
(i) 제1의 표적핵산을 증폭시키기 위한 정방향 및 역방향 프라이머쌍 여기서, 상기 프라이머 쌍 중 하나는 상기 제1의 표적핵산과 비상보적인 무작위 핵산 서열, 제한효소 인지서열 및 제1의 표적핵산과 상보적인 핵산 서열을 순차적으로 포함하며,
제2의 표적핵산을 증폭시키기 위한 정방향 및 역방향 프라이머쌍 여기서, 상기 프라이머 쌍 중 하나는 상기 제2의 표적핵산과 비상보적인 무작위 핵산 서열, 제한효소 인지서열 및 제2의 표적핵산과 상보적인 핵산 서열을 순차적으로 포함;
(ii) 2개 이상의 표적핵산 중 제1의 표적핵산에 의존하여 생성되는 제1의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 가지는, 제1의 혼성화성 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 상기 인공 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 제1의 혼성화성 프로브의 그와 상보적인 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 서열과 결합함으로써 신호물질과 소광물질이 이격되어 신호가 발생하지만, 연장 단계에서는 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 신호물질과 소광물질이 인접하여 신호가 소멸될 수 있는 구조를 가진 프로브;
(iii) 2개 이상의 표적핵산 중 제2의 표적핵산에 의존하여 생성되는 제2의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 갖는 제2의 혼성화성 프로브로서, 이 혼성화성 프로브는 제2의 인공 표적핵산이 해당 프로브와 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 또 상기 신호물질이 결합된 서열에서 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열을 가지며, 또 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 제2의 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 연장 단계의 온도와 변성 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계와 연장 단계에서는 상기 제2의 혼성화성 프로브가 그와 상보적인 제2의 인공 표적핵산과 결합 상태를 유지할 수 있는 프로브; 및
(iv) 상기 제2의 혼성화성 프로브의 상기 연장된 단일가닥 서열에 상보적으로 결합하여 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 소광 물질을 가진 소광 프로브로서, 이 소광 프로브는 상기 제2의 혼성화성 프로브와 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열과 상보적으로 결합할 경우 이 프로브의 소광물질은 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질과 인접하여 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 구조를 가지고, 또 이 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 상기 제2의 혼성화성 프로브와 결합함으로써 제2의 혼성화성 프로브의 신호를 소광시킬 수 있지만, 연장 단계에서는 상기 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 제2의 혼성화성 프로브에서 신호가 발생되도록 할 수 있는 프로브;
(b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 단일 반응 용기에 넣고 상대적 고온의 변성, 상대적 저온의 혼성화 및 상대적 중온의 연장 단계의 PCR 반응을 2 사이클 이상 수행하는 단계; 및
(c) 상기 PCR의 반응의 수행과 동시에, 상기 어닐링 단계에서 상기 제1의 혼성화성 프로브에서 발생하는 신호를 측정하여 상기 제1의 표적핵산을 검출하고, 또 상기 연장 단계에서 상기 제2의 혼성화성 프로브에서 발생하는 신호를 측정하여 상기 제2의 표적핵산을 검출하는 단계.
PCR method for real-time detection of two or more target nucleic acids in a single detection channel comprising the following steps (a) to (c):
(a) Preparing a mixture for PCR reaction containing (i) to (iv) below in the sample to be detected
(i) Forward and reverse primer pairs for amplifying the first target nucleic acid, wherein one of the primer pairs includes a random nucleic acid sequence non-complementary to the first target nucleic acid, a restriction enzyme recognition sequence, and the first target nucleic acid. Contains complementary nucleic acid sequences sequentially,
Forward and reverse primer pairs for amplifying the second target nucleic acid, wherein one of the primer pairs includes a random nucleic acid sequence non-complementary to the second target nucleic acid, a restriction enzyme recognition sequence, and a nucleic acid complementary to the second target nucleic acid. contains sequences sequentially;
(ii) a first hybridization probe having a specific complementary sequence to a first artificial target nucleic acid produced depending on the first target nucleic acid among two or more target nucleic acids, wherein the hybridization probe is connected to the artificial target If the nucleic acid does not bind to the probe, the signal material and the quencher have a structure in which no signal is generated because the signal material is adjacent to each other, and the melting temperature at which the first hybridization probe dissociates from the artificial target nucleic acid complementary to it is the temperature of the PCR reaction. During the denaturation step at a relatively high temperature, the annealing step at a relatively low temperature, and the extension step at a relatively medium temperature, it (the first hybridization probe) binds to its complementary sequence in the annealing step between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step. By doing this, the signal material and the quenching material are separated and a signal is generated, but in the extension step, it (the first hybridization probe) is dissociated from its complementary sequence, so the signal material and the quenching material are adjacent to each other and the signal is quenched. Probe with;
(iii) a second hybridization probe having a specific complementary sequence to a second artificial target nucleic acid produced depending on the second target nucleic acid among two or more target nucleic acids, wherein the hybridization probe is a second artificial target nucleic acid. When the target nucleic acid does not bind to the corresponding probe, the signal material and the quencher have a structure in which no signal is generated because the signal material is adjacent to each other, and it has a single-stranded sequence extending terminally from the sequence to which the signal material is bound, and The melting temperature at which the (second hybridization probe) dissociates from the second artificial target nucleic acid complementary thereto is the temperature of the extension step among the relatively high temperature denaturation step, relatively low temperature annealing step, and relatively medium temperature extension step of the PCR reaction. A probe capable of maintaining the second hybridization probe bound to a second artificial target nucleic acid complementary thereto during the annealing step and the extension step between the temperatures of the denaturation step and the temperature of the denaturation step; and
(iv) a quenching probe having a quenching material capable of quenching the signal material of the second hybridization probe by binding complementary to the extended single-stranded sequence of the second hybridization probe, wherein the quenching probe When complementary to the second hybridization probe and a single-stranded sequence extending toward its end (second hybridization probe), the quencher of this probe is combined with the signal material of the second hybridization probe. It has a structure capable of quenching the signal material of the second hybridization probe adjacent to it, and the melting temperature at which this quenching probe dissociates from its complementary sequence is the relatively high temperature denaturation step of the PCR reaction and the relatively low temperature annealing step. During the extension step and the relative medium temperature, the signal of the second hybridization probe can be quenched by binding to the second hybridization probe in the annealing step between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step, but in the extension step, the signal of the second hybridization probe can be quenched. a probe capable of causing the quenching probe to dissociate from its complementary sequence, thereby generating a signal in a second hybridization probe;
(b) placing the mixture of step (a) into a single reaction vessel and performing two or more cycles of PCR reaction of denaturation at relatively high temperature, hybridization at relatively low temperature, and extension step at relatively medium temperature; and
(c) Simultaneously with performing the PCR reaction, the first target nucleic acid is detected by measuring the signal generated from the first hybridization probe in the annealing step, and the second hybridization probe is detected in the extension step. Detecting the second target nucleic acid by measuring the signal generated from the chemical probe.
제1항에 있어서,
상기 제1 혼성화성 프로브 또는 제2의 혼성화성 프로브는 스템-루프(stem-loop) 구조를 가져 루프 영역에 상기 인공 표적핵산과 특이적으로 결합하는 상보적인 서열이 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
The first hybridization probe or the second hybridization probe has a stem-loop structure, and a complementary sequence that specifically binds to the artificial target nucleic acid is present in the loop region.
제1항에 있어서,
상기 변성 단계는 92~98℃에서 수행되고, 상기 어닐링 단계는 50~65℃에서 수행되며, 상기 연장 단계는 70~85℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
The method wherein the denaturation step is performed at 92 to 98°C, the annealing step is performed at 50 to 65°C, and the extension step is performed at 70 to 85°C.
제1항에 있어서,
상기 제1 인공 표적핵산 또는 제2 인공표적 핵산은 각각 제1 표적핵산 또는 제2 표적핵산에 정량적으로 의존하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
A method wherein the first artificial target nucleic acid or the second artificial target nucleic acid is produced in quantitative dependence on the first target nucleic acid or the second target nucleic acid, respectively.
제1항에 있어서, 상기 인공 표적핵산의 생성은 상기 표적 서열과 비상보적인 무작위 핵산 서열과 제한효소 인지서열 및 표적서열과 상보적인 핵산 서열을 순차적으로 포함하는 구조를 갖는 프라이머로부터 신장된 증폭산물에 포함된 상기 무작위 핵산 서열의 상보 서열이, 제한효소에 의한 상기 증폭산물의 절단 과정에서 상기 무작위 서열의 상보적 태그 절편으로 방출되는 과정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1, wherein the production of the artificial target nucleic acid is an amplification product extended from a primer having a structure sequentially comprising a random nucleic acid sequence non-complementary to the target sequence, a restriction enzyme recognition sequence, and a nucleic acid sequence complementary to the target sequence. A method characterized in that the complementary sequence of the random nucleic acid sequence contained in is released as a complementary tag fragment of the random sequence during cleavage of the amplification product with a restriction enzyme.
제1항에 있어서,
상기 (ii-b)의 제1 혼성화성 프로브와 상기 (iii)의 제2 혼성화성 프로브는 각 제1의 표적핵산과 제2의 표적핵산에 의존하여 생성되는 각 제1의 인공 표적핵산과 제2의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 가지고,
상기 제1의 인공 표적핵산과 상기 제2의 인공 표적핵산은 각각 상기 제1 혼성화성 프로브와 상기 제2 혼성화성 프로브에 대해 프라이머로 작용하여 어닐링 단계에서 연장됨으로써 상기 제1 혼성화성 프로브와 상기 제2 혼성화성 프로브의 각 신호물질과 소광물질을 이격시키는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
The first hybridization probe of (ii-b) and the second hybridization probe of (iii) are each of the first artificial target nucleic acid and the second hybridization probe produced depending on the first target nucleic acid and the second target nucleic acid. Has a specific complementary sequence to the artificial target nucleic acid of 2,
The first artificial target nucleic acid and the second artificial target nucleic acid act as primers for the first hybridization probe and the second hybridization probe, respectively, and are extended in the annealing step to form the first hybridization probe and the second hybridization probe. 2 A method characterized by separating each signal substance and quencher substance of the hybridization probe.
제1항에 있어서,
상기 방법은 상기 (i)의 상기 제1 또는 제2의 표적핵산과 비상보적인 무작위 핵산 서열, 제한효소 인지서열 및 제1 또는 제2의 표적핵산과 상보적인 핵산 서열을 순차적으로 포함하는 제1 또는 제2의 표적핵산을 증폭시키기 위한 프라이머 대신에
표적핵산을 증폭하기 위한 표적핵산에 상보적인 정방향 및 역방향 프라이머쌍을 사용하며, 이 경우 인공 표적핵산 생산은 표적핵산에 대한 상보적 프로브 서열과 함께 인위적 임의의 태그 서열을 가진 PTO(Probing and Tagging Oligonucleotide)를 사용하여 인위적 임의의 서열만으로 된 인위적 임의 서열의 5‘태그인 PTO 단편을 발생시키고 이 PTO 단편이 인공 표적핵산이 되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
The method includes a first nucleic acid sequence sequentially comprising a random nucleic acid sequence non-complementary to the first or second target nucleic acid of (i), a restriction enzyme recognition sequence, and a nucleic acid sequence complementary to the first or second target nucleic acid. Or instead of a primer for amplifying a second target nucleic acid
A pair of forward and reverse primers complementary to the target nucleic acid is used to amplify the target nucleic acid. In this case, the production of artificial target nucleic acid is PTO (Probing and Tagging Oligonucleotide) with an artificial random tag sequence along with a probe sequence complementary to the target nucleic acid. ) is used to generate a PTO fragment, which is a 5' tag of an artificial random sequence, and this PTO fragment becomes an artificial target nucleic acid.
제1항에 있어서,
상기 검출 대상 시료는 검출하고자 하는 표적핵산을 포함하거나 포함하고 있을 것으로 의심되어 검출의 필요성을 가지는 임의의 시료인 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
A method characterized in that the sample to be detected is any sample that requires detection because it contains or is suspected of containing the target nucleic acid to be detected.
제1항에 있어서,
상기 검출 대상 시료는 인체 또는 동물로부터 얻어진 생체시료 또는 그 가공시료인 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
A method wherein the detection target sample is a biological sample obtained from a human body or an animal or a processed sample thereof.
제1항에 있어서,
상기 제1 표적핵산 또는 상기 제2 표적핵산은 단일가닥 DNA, 이중가닥 DNA 또는 RNA에서 역전사에 의해 생성된 cDNA인 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
A method wherein the first target nucleic acid or the second target nucleic acid is cDNA generated by reverse transcription from single-stranded DNA, double-stranded DNA, or RNA.
제1항에 있어서,
상기 제1 표적핵산 또는 상기 제2 표적핵산은 병원성 세균 등 원핵세포의 핵산, 사람 등으로부터 유래 또는 분리된 진핵세포 핵산, 병원성 바이러스의 핵산, 또는 비로이드 핵산인 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
A method characterized in that the first target nucleic acid or the second target nucleic acid is a prokaryotic nucleic acid such as a pathogenic bacteria, a eukaryotic nucleic acid derived from or isolated from humans, a pathogenic virus nucleic acid, or a viroid nucleic acid.
제1항에 있어서,
상기 상기 (a) 단계의 PCR 반응을 위한 혼합물은 상기 프라이머 세트와 상기 3가지 프로브를 포함하는 이외에, 4가지 NTP, DNA 폴리머라아제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
The mixture for the PCR reaction in step (a) includes, in addition to the primer set and the three probes, four types of NTPs and a DNA polymerase.
제12항에 있어서,
상기 상기 상기 (a) 단계의 PCR 반응을 위한 혼합물은
pH 안정화제인 Tris-HCl, 효소 활성을 촉진하기 위한 보조 인자인 MgCl2나 MgSO4 또는 (NH4)2SO4, 효소 안정화를 위한 인자인 BSA(Bovine Serum Albumin)나 젤라틴이나 글리세롤 또는 PEG 6000, 프라이머의 표적핵산에의 결합을 촉진하는 인자인 KCl, 비특이적 증폭을 억제하기 위한 비이온성 계면활성제인 Tween 20이나 Triton X-100, DNA 중합효소의 핵산에의 비특이적 결합을 감소시키기 위한 스퍼미딘(spermidine), 프라이머의 표적핵산과의 어닐닝을 촉진하기 위한 인자인 우레아(urea)나 DMSO(dimethylsulfoxide) 또는 DMF(dimethylformamid), 베타인(Betain) 및 DNA 폴리머라아제의 응집을 방지하기 위한 인자인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)나 Triton X-100 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to clause 12,
The mixture for the PCR reaction in step (a) is
Tris-HCl as a pH stabilizer, MgCl 2 or MgSO 4 or (NH 4 ) 2 SO 4 as a cofactor to promote enzyme activity, BSA (Bovine Serum Albumin), gelatin, glycerol or PEG 6000 as a factor for stabilizing the enzyme, KCl, a factor that promotes the binding of primers to target nucleic acids, Tween 20 or Triton ), urea, DMSO (dimethylsulfoxide) or DMF (dimethylformamid), which are factors to promote annealing of the primer with the target nucleic acid, betaine, and SDS, which is a factor to prevent aggregation of DNA polymerase. A method comprising at least one of (Sodium Dodecyl Sulfate) or Triton X-100.
제12항에 있어서,
상기 DNA 폴리머라아제는 5'->3' 엑소뉴클라아제 활성이 제거된 폴리머라아제인 것을 특징으로 하는 방법.
According to clause 12,
A method characterized in that the DNA polymerase is a polymerase in which 5'->3' exonuclease activity has been removed.
제1항에 있어서, 상기 인공 표적핵산은 표적핵산에 의존하여 일차적으로 생성된 핵산이 프로브에 혼성화된 후 연장된 서열인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1, wherein the artificial target nucleic acid is a sequence extended after a nucleic acid primarily produced depending on the target nucleic acid is hybridized to a probe.
제1항에 있어서,
상기 신호물질은 형광물질이고,
상기 형광물질은 FAM(6-Carboxyfluorescein), HEX(2',4',5',7'-tetrachloro-6-carboxy-4,7-dichlorofluorescein), JOE(6-Carboxy-4',5'-Dichloro-2',7'-Dimethoxyfluorescein), ROX(6-Carboxyl-X-Rhodamine), TET(Tetrachloro-Fluorescein), TAMRA(6-carboxytetramethyl-rhodamine), Cy3(Cyanine-3) 및 Cy5(Cyanine-5) 중 어느 하나의 형광물질인 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
The signal material is a fluorescent material,
The fluorescent substances include FAM (6-Carboxyfluorescein), HEX (2',4',5',7'-tetrachloro-6-carboxy-4,7-dichlorofluorescein), and JOE (6-Carboxy-4',5'- Dichloro-2',7'-Dimethoxyfluorescein), 6-Carboxyl- ) A method characterized in that it is any one of the fluorescent substances.
제1항에 있어서,
상기 소광물질은 BHQ1[2-[N-(2-hydroxyethyl)-4-[[2-methoxy-5-methyl-4-[(4-methyl-2-nitrophenyl)diazenyl]phenyl]diazenyl]anilino]ethanol], BHQ2( 4-[[4-[2-[2,5-Dimethoxy-4-[2-(4-nitrophenyl)diazenyl]phenyl]-diazenyl]phenyl]methylamino]-butanoic acid) 및 답실(Dabcyl;N-[4-(4‘-dimethylamino)phenylazo]benzoic acid) 중 어느 하나의 소광물질인 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
The quencher is BHQ1[2-[N-(2-hydroxyethyl)-4-[[2-methoxy-5-methyl-4-[(4-methyl-2-nitrophenyl)diazenyl]phenyl]diazenyl]anilino]ethanol ], BHQ2 (4-[[4-[2-[2,5-Dimethoxy-4-[2-(4-nitrophenyl)diazenyl]phenyl]-diazenyl]phenyl]methylamino]-butanoic acid) and Dabcyl; A method characterized in that it is a quencher of any one of N-[4-(4'-dimethylamino)phenylazo]benzoic acid).
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계의
제1의 혼성화성 프로브에서 발생하는 신호 측정 또는 상기 제2의 혼성화성 프로브에서 발생하는 신호 측정은 그 결과가, 신호 강도와 PCR 사이클 수로 구성되는 PCR 결과 그래프로 도출되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (c) above,
A method for measuring signals generated from the first hybridization probe or measuring signals generated from the second hybridization probe, wherein the results are derived as a PCR result graph consisting of signal intensity and number of PCR cycles.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 본 발명의 키트는 아래의 (i)의 프라이머 세트와 (ii) ~ (iv)의 프로브를 포함하는 PCR 수행 중 단일 신호로 2가지 표적핵산의 실시간 검출을 위한 키트.
(i) 제1의 표적핵산을 증폭시키기 위한 정방향 및 역방향 프라이머쌍 여기서, 상기 프라이머 쌍 중 하나는 상기 제1의 표적핵산과 비상보적인 무작위 핵산 서열, 제한효소 인지서열 및 제1의 표적핵산과 상보적인 핵산 서열을 순차적으로 포함하며,
제2의 표적핵산을 증폭시키기 위한 정방향 및 역방향 프라이머쌍 여기서, 상기 프라이머 쌍 중 하나는 상기 제2의 표적핵산과 비상보적인 무작위 핵산 서열, 제한효소 인지서열 및 제2의 표적핵산과 상보적인 핵산 서열을 순차적으로 포함;
(ii) 2가지 표적핵산 중 제1의 표적핵산에 의존하여 생성되는 제1의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 가지는, 제1의 혼성화성 프로브로서, 상기 인공 표적핵산은 표적핵산에 의존하여 일차적으로 생성된 핵산이 프로브에 혼성화된 후 연장된 서열인 경우도 포함하며, 이 혼성화성 프로브는 상기 제1의 인공 표적핵산이 해당 프로브와 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 서열과 결합함으로써 신호물질과 소광물질이 이격되어 신호가 발생하지만, 연장 단계에서는 그것(제1의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 신호물질과 소광물질이 인접하여 신호가 소멸될 수 있는 구조를 가진 프로브;
(iii) 2개 이상의 표적핵산 중 제2의 표적핵산에 의존하여 생성되는 제2의 인공 표적핵산에 특이적인 상보적 서열을 갖는 제2의 혼성화성 프로브로서,상기 인공 표적핵산은 표적핵산에 의존하여 일차적으로 생성된 핵산이 프로브에 혼성화된 후 연장된 서열인 경우도 포함하며, 이 혼성화성 프로브는 인공 표적핵산이 해당 프로브에 결합하지 않은 경우 신호물질과 소광물질이 서로 인접하여 신호가 발생하지 않는 구조를 가지고, 또 상기 신호물질이 결합된 서열에서 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열을 가지며, 또 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 그와 상보적인 제2의 인공 표적핵산으로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 연장 단계의 온도와 변성 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계와 연장 단계에서는 상기 제2의 혼성화성 프로브가 그와 상보적인 제2의 인공 표적핵산과 결합 상태를 유지할 수 있는 프로브; 및
(iv) 상기 제2의 혼성화성 프로브의 상기 연장된 단일가닥 서열에 상보적으로 결합하여 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 소광 물질을 가진 소광 프로브로서, 이 소광 프로브는 상기 제2의 혼성화성 프로브와 그것(제2의 혼성화성 프로브)의 말단 방향으로 연장된 단일가닥 서열과 상보적으로 결합할 경우 이 프로브의 소광물질은 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질과 인접하여 상기 제2의 혼성화성 프로브의 신호물질을 소광시킬 수 있는 구조를 가지고, 또 이 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리되는 융해온도는 PCR 반응의 상대적 고온의 변성 단계, 상대적 저온의 어닐링 단계 및 상대적 중온의 연장 단계 중 어닐링 단계의 온도와 연장 단계의 온도 사이에 있어 어닐링 단계에서는 상기 제2의 혼성화성 프로브와 결합함으로써 제2의 혼성화성 프로브의 신호를 소광시킬 수 있지만, 연장 단계에서는 상기 소광 프로브가 그와 상보적인 서열로부터 해리됨으로써 제2의 혼성화성 프로브에서 신호가 발생되도록 할 수 있는 프로브.
The kit of the present invention is a kit for real-time detection of two target nucleic acids with a single signal during PCR, including the primer set (i) and the probes (ii) to (iv) below.
(i) Forward and reverse primer pairs for amplifying the first target nucleic acid, wherein one of the primer pairs includes a random nucleic acid sequence non-complementary to the first target nucleic acid, a restriction enzyme recognition sequence, and the first target nucleic acid. Contains complementary nucleic acid sequences sequentially,
Forward and reverse primer pairs for amplifying the second target nucleic acid, wherein one of the primer pairs includes a random nucleic acid sequence non-complementary to the second target nucleic acid, a restriction enzyme recognition sequence, and a nucleic acid complementary to the second target nucleic acid. contains sequences sequentially;
(ii) a first hybridization probe having a specific complementary sequence to a first artificial target nucleic acid produced depending on the first target nucleic acid among the two target nucleic acids, wherein the artificial target nucleic acid is dependent on the target nucleic acid This also includes cases where the primarily generated nucleic acid is a sequence extended after hybridization to the probe, and in this hybridization probe, if the first artificial target nucleic acid does not bind to the probe, the signal material and the quencher are adjacent to each other. It has a structure that does not generate a signal, and the melting temperature at which it (the first hybridization probe) dissociates from the artificial target nucleic acid complementary to it is the denaturation step at a relatively high temperature, the annealing step at a relatively low temperature, and the annealing step at a relatively medium temperature of the PCR reaction. During the extension step, between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step, in the annealing step, the signal material and the quenching material are separated by binding to the sequence complementary to it (the first hybridization probe), thereby generating a signal, but during the extension step, the signal material and the quenching material are separated. In the step, a probe having a structure in which the signal substance and the quencher are adjacent and the signal is quenched by dissociating from its complementary sequence (the first hybridization probe);
(iii) a second hybridization probe having a specific complementary sequence to a second artificial target nucleic acid produced depending on a second target nucleic acid among two or more target nucleic acids, wherein the artificial target nucleic acid is dependent on the target nucleic acid This also includes cases where the initially produced nucleic acid is a sequence extended after hybridization to the probe, and in this hybridization probe, if the artificial target nucleic acid does not bind to the probe, the signal material and the quencher are adjacent to each other and no signal is generated. It has a structure that does not bind the signal material, and has a single-stranded sequence extending terminally from the sequence to which the signal substance is bound, and it (second hybridization probe) is fused to dissociate from a second artificial target nucleic acid that is complementary to it. The temperature is between the temperature of the extension step and the temperature of the denaturation step among the denaturation step at a relatively high temperature, the annealing step at a relatively low temperature, and the extension step at a relatively medium temperature of the PCR reaction, so that the second hybridization probe is used in the annealing step and the extension step. A probe capable of maintaining a binding state with a second complementary artificial target nucleic acid; and
(iv) a quenching probe having a quenching material capable of quenching the signal material of the second hybridization probe by binding complementary to the extended single-stranded sequence of the second hybridization probe, wherein the quenching probe When complementary to the second hybridization probe and a single-stranded sequence extending toward its end (second hybridization probe), the quencher of this probe is combined with the signal material of the second hybridization probe. It has a structure capable of quenching the signal material of the second hybridization probe adjacent to it, and the melting temperature at which this quenching probe dissociates from its complementary sequence is the relatively high temperature denaturation step of the PCR reaction and the relatively low temperature annealing step. During the extension step and the relative medium temperature, the signal of the second hybridization probe can be quenched by binding to the second hybridization probe in the annealing step between the temperature of the annealing step and the temperature of the extension step, but in the extension step, the signal of the second hybridization probe can be quenched. A probe capable of causing the quenching probe to dissociate from its complementary sequence, thereby generating a signal in a second hybridization probe.
제24항에 있어서,
상기 키트는 상기 프라이머 세트와 상기 3가지 프로브를 포함하는 이외에, 4가지 NTP, DNA 폴리머라아제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
According to clause 24,
The kit is characterized in that, in addition to including the primer set and the three probes, it further includes four types of NTPs and DNA polymerase.
제25항에 있어서,
상기 키트는 pH 안정화제인 Tris-HCl, 효소 활성을 촉진하기 위한 보조 인자인 MgCl2나 MgSO4 또는 (NH4)2SO4, 효소 안정화를 위한 인자인 BSA(Bovine Serum Albumin)나 젤라틴이나 글리세롤 또는 PEG 6000, 프라이머의 표적핵산에의 결합을 촉진하는 인자인 KCl, 비특이적 증폭을 억제하기 위한 비이온성 계면활성제인 Tween 20이나 Triton X-100, DNA 중합효소의 핵산에의 비특이적 결합을 감소시키기 위한 스퍼미딘(spermidine), 프라이머의 표적핵산과의 어닐닝을 촉진하기 위한 인자인 우레아(urea)나 DMSO(dimethylsulfoxide) 또는 DMF(dimethylformamid), 베타인(betain), 및 DNA 폴리머라아제의 응집을 방지하기 위한 인자인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)나 Triton X-100 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
According to clause 25,
The kit contains Tris-HCl as a pH stabilizer, MgCl 2 or MgSO 4 or (NH 4 ) 2 SO 4 as a cofactor to promote enzyme activity, BSA (Bovine Serum Albumin), gelatin, glycerol, or PEG 6000, KCl, a factor that promotes the binding of primers to target nucleic acids, Tween 20 or Triton Preventing aggregation of spermidine, urea, DMSO (dimethylsulfoxide) or DMF (dimethylformamid), betaine, and DNA polymerase, which are factors to promote annealing of primers with the target nucleic acid. A kit characterized by additionally containing one or more of SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) or Triton
제24항에 있어서,
상기 키트는 상기 (i)의 제1 또는 제2의 표적핵산과 비상보적인 무작위 핵산 서열, 제한효소 인지서열 및 제1 또는 제2의 표적핵산과 상보적인 핵산 서열을 순차적으로 포함하는 제1 또는 제2의 표적핵산을 증폭시키기 위한 프라이머 대신에 제1 또는 제2의 표적핵산을 증폭하기 위한 표적핵산에 상보적인 정방향 및 역방향 프라이머쌍을 포함하며,
이 경우 상기 키트는 프로빙 앤드 태깅 올리고뉴클레오타이드(Probing and Tagging Oligonucleotide: PTO)를 추가로 포함하며; 여기서, 상기 PTO는 (i) 상기 타겟 핵산서열에 상보적인 혼성화 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 3’-타겟팅 부위; 및 (ii) 상기 타겟 핵산서열에 비-상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 5’-태깅 부위를 포함하며; 상기 PTO의 3’-타겟팅 부위는 상기 타겟 핵산서열에 혼성화 되고, 상기 PTO의 5’-태깅 부위는 상기 타겟 핵산서열에 혼성화 되지 않으며;
상기 PTO로부터 방출된 단편이 인공 표적핵산이 되는 것을 특징으로 하는 키트.
According to clause 24,
The kit sequentially contains a random nucleic acid sequence non-complementary to the first or second target nucleic acid of (i), a restriction enzyme recognition sequence, and a nucleic acid sequence complementary to the first or second target nucleic acid. Instead of primers for amplifying the second target nucleic acid, it includes a pair of forward and reverse primers complementary to the target nucleic acid for amplifying the first or second target nucleic acid,
In this case, the kit additionally includes Probing and Tagging Oligonucleotide (PTO); Here, the PTO includes (i) a 3'-targeting site containing a hybridized nucleotide sequence complementary to the target nucleic acid sequence; and (ii) a 5'-tagging region comprising a nucleotide sequence non-complementary to the target nucleic acid sequence; The 3'-targeting portion of the PTO hybridizes to the target nucleic acid sequence, and the 5'-tagging portion of the PTO does not hybridize to the target nucleic acid sequence;
A kit wherein the fragment released from the PTO becomes an artificial target nucleic acid.
제24항에 있어서,
상기 신호물질은 형광물질이고,
상기 형광물질은 FAM(6-Carboxyfluorescein), HEX(2',4',5',7'-tetrachloro-6-carboxy-4,7-dichlorofluorescein), JOE(6-Carboxy-4',5'-Dichloro-2',7'-Dimethoxyfluorescein), ROX(6-Carboxyl-X-Rhodamine), TET(Tetrachloro-Fluorescein), TAMRA(6-carboxytetramethyl-rhodamine), Cy3(Cyanine-3) 및 Cy5(Cyanine-5) 중 어느 하나의 형광물질이고,
상기 소광물질은 BHQ1[2-[N-(2-hydroxyethyl)-4-[[2-methoxy-5-methyl-4-[(4-methyl-2-nitrophenyl)diazenyl]phenyl]diazenyl]anilino]ethanol], BHQ2( 4-[[4-[2-[2,5-Dimethoxy-4-[2-(4-nitrophenyl)diazenyl]phenyl]-diazenyl]phenyl]methylamino]-butanoic acid) 및 답실(Dabcyl;N-[4-(4‘-dimethylamino)phenylazo]benzoic acid) 중 하나인 것을 특징으로 하는 키트.

According to clause 24,
The signal material is a fluorescent material,
The fluorescent substances include FAM (6-Carboxyfluorescein), HEX (2',4',5',7'-tetrachloro-6-carboxy-4,7-dichlorofluorescein), and JOE (6-Carboxy-4',5'- Dichloro-2',7'-Dimethoxyfluorescein), 6-Carboxyl- ) is any one of the fluorescent substances,
The quencher is BHQ1[2-[N-(2-hydroxyethyl)-4-[[2-methoxy-5-methyl-4-[(4-methyl-2-nitrophenyl)diazenyl]phenyl]diazenyl]anilino]ethanol ], BHQ2 (4-[[4-[2-[2,5-Dimethoxy-4-[2-(4-nitrophenyl)diazenyl]phenyl]-diazenyl]phenyl]methylamino]-butanoic acid) and Dabcyl; A kit characterized in that it is one of N-[4-(4'-dimethylamino)phenylazo]benzoic acid).

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