KR20030087784A - Dna chip for detection of infectious bacteria - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a DNA chip for detection of infectious bacteria, thereby rapidly detecting the infectious bacteria, and consequently diagnosing and treating rapidly and accurately. CONSTITUTION: DNA fragments for detection of infectious bacteria are provided, wherein the infectious bacteria include Morganella morganii; and the DNA fragment has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8; and 23S rRNA and ITS(internal transcribed spacer region) nucleotide sequence of Morganella morganii are determined to design the DNA fragment as a probe. A microarray on which the DNA fragment of SEQ ID NO: 8 is fixed is provided.

Description

감염 질환 원인균 검출용 DNA 칩{DNA chip for detection of infectious bacteria}DNA chip for detection of infectious diseases

본 발명은 감염 질환 원인균 동정용 DNA 칩에 관한 것이다. 구체적으로, 본발명은 감염 질환 원인균인 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)균의 특이적인 부분을 탐침으로 부착하여 제작한 DNA 칩에 관한 것이다.The present invention relates to a DNA chip for identifying the cause of the infectious disease. Specifically, the present invention relates to a DNA chip produced by attaching a specific part of the Morganella morganii bacteria, which are the cause of infectious diseases, with a probe.

감염 질환은 세균, 진균, 바이러스와 같은 다양한 미생물이 혈액, 체액 및 인체의 조직 내에 출현하여 서식하기 시작하면서 발병하는 질환으로서, 균의 정확한 동정 및 적절한 치료가 이루어지지 않을 경우, 인명을 잃을 수 있는 질병이다. 더욱이 최근에는 항생제의 투여의 오남용으로 인해 세균의 배양률이 감소하게 되었고, 이식에 따른 면역 억제제 사용의 증가, 항암 치료로 인한 약물투여의 증가, AIDS의 증가로 인한 원인 균주가 다양해지게 되면서 배양 검사와 같은 기존의 감염질환을 진단하는 진단 방법들이 점차 어려움이 부딪치고 있는 실정이다.Infectious diseases occur when various microorganisms, such as bacteria, fungi and viruses, appear and start to live in the blood, body fluids, and tissues of the human body, which can lead to loss of life if the bacteria are not correctly identified and treated properly. It is a disease. More recently, the misuse of antibiotics has resulted in a reduction in bacterial culture rates, the use of immunosuppressants following transplantation, the increase in drug administration due to chemotherapy, and the causative strains resulting from increased AIDS. Existing methods of diagnosing infectious diseases such as these are increasingly difficult.

Proteeae 류에는Proteus,Morganella,Providentia의 세가지 균주가 있다. 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)는 주로 요로 감염을 일으키는데, 병원성 요로 감염의 포발적 감염의 흔한 원인균으로, 30일 이상 카테터를 유지하는 경우에 자주 발생한다. 이러한 경우 카테터 내에는 생물막(biofilm)이 형성되고 카테터 내에 가피가 생겨서 카테터가 자주 폐쇄된다. 또한 요로 결석의 형성과 스트루바이트(struvite) 방광으로 인하여 요로계의 감염이 성립된다. 이러한 결석은 요로 감염이 재발되는 주된 원인으로 작용할 수 있으며, 요로계의 폐쇄와 관련이 있다. 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)는 요로 감염 외에도 장기 수용 시설에서 감염을 일으키는 주된 균주이다. 또한, 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)는 그밖에도 창상 감염, 당뇨병성 괴양을 포함한 연부 조직 감염, 화상 창상 감염, 폐렴, 호흡기 관련 폐렴, 혈관 내 장치 감염, 복강내 감염 등을 일으키는 원인균이다. 균혈증도 드물지만 일으킬 수 있으며, 요로 감염과 동반되어 나타날 수 있다 (참조: Braunwald et al., Harrison's Principles of Internal Medicine, Vol. 1, 15th ed. 2001, p. 959).There are three strains of Proteeae: Proteus , Morganella and Providentia . Morganella morganii is the main cause of urinary tract infections, a common causative agent of outbreaks of pathogenic urinary tract infections, often occurring when catheters are maintained for more than 30 days. In this case, a biofilm is formed in the catheter and a crust is formed in the catheter, so that the catheter is frequently closed. Urinary tract infections are also established due to the formation of urinary stones and struvite bladder. These stones can act as a major cause of recurrent urinary tract infections and are associated with obstruction of the urinary tract. Morganella morganii is a major strain of infection in organ accommodations in addition to urinary tract infections. In addition, Morganella morganii is another cause of wound infections, soft tissue infections including diabetic ulcers, burn wound infections, pneumonia, respiratory-related pneumonia, vascular device infections, and intraperitoneal infections. Bacteremia can also occur rarely and may be associated with urinary tract infections (Braunwald et al., Harrison's Principles of Internal Medicine, Vol. 1, 15th ed. 2001, p. 959).

최근에는 병원성 감염이 사회적으로 크게 부각되고 있는데, 그 빈도가 점차 증가하고 있고 의료계에서 법적인 문제가 되기 시작한 병원 감염은 조기 진단과 합병증 없는 신속한 치료가 중요하기 때문에 이러한 균주들에 대한 정확하고 신속한 진단법의 개발은 시대가 요구하는 의료 기술이다. 병원성 감염 질환의 중요한 원인균으로써 그람 음성균 중 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)를 들 수 있는데 모르가넬라 모르가니 (Morganella morganii)는 특히 원내 요로 감염을 흔히 일으킨다. 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)는 병원성 요로 감염 환자, 특히 장기간 요도관을 이용한 환자에 있어서 가장 흔히 발견되었으나 (참조: Warren J.W. et al.,J. Infect. Dis., 155, 1151-1158, (1987)), 최근에는 내성이 점차 증가하고 있어서 빠른 진단에 따른 올바른 항생제 치료가 매우 중요하다. 치료를 실패하면 여러 가지 이차적인 합병증이 생기는데, 신우신염, 균혈증, 패혈증, 요로 폐쇄, 요로 결석, 만성 신장 감염, 신부전, 나아가 방광암까지도 발생할 수 있다.In recent years, pathogenic infections are becoming more socially important, and since the frequency of these infections is increasing and hospital infections are becoming a legal problem in the medical field, early diagnosis and prompt treatment without complications are important. Development is the medical technology that the times demand. An important causative agent of pathogenic infectious diseases is Morganella morganii, a gram-negative bacterium. Morganella morganii is a common cause of urinary tract infections. Morganella morganii was most commonly found in patients with pathogenic urinary tract infections, especially those with long-term urethral tracts (Warren JW et al., J. Infect. Dis. , 155, 1151-1158, (1987)) In recent years, resistance has been gradually increasing, so proper antibiotic treatment with early diagnosis is very important. Unsuccessful treatment can cause a number of secondary complications, including pyelonephritis, bacteremia, sepsis, urinary tract obstruction, urinary tract stones, chronic kidney infections, kidney failure, and even bladder cancer.

상술한 바와 같이, 특정균의 경우 인체에 매우 치명적이고 중한 질환을 야기시키기 때문에 이를 조속히 진단함과 동시에 원인균의 종류를 확인하는 것이 치료에 있어서 상당히 중요한 위치를 차지한다. 이와 같은 필요성으로 인해 오랫동안 감염질환 원인균을 동정하고자 하는 진단 방법들이 연구 및 개발되어 왔다.As described above, in the case of specific bacteria cause a very fatal and serious disease in the human body to diagnose them as soon as possible and to identify the type of causative bacteria occupy a very important position in the treatment. Due to this necessity, diagnostic methods for identifying infectious agents for a long time have been researched and developed.

첫째로, 미생물학적 방법인 도말 및 배양 검사가 있다. 적절한 감별 배지를 선택하여 배양하여 균의 종류를 동정하는 방법이다. 미생물 동정을 위한 자동화 배양 기기도 등장하였는데 자동화 혈액 배양기(VITAL Automated System for Blood Culture), ATB 자동화 동정기(ATB Automated Identification System), 마이크로스켄(MicroScan) 전자동 세균검사 시스템이 그것이다.First is the microbiological method, smear and culture test. It is a method to identify the type of bacteria by selecting the appropriate differentiation medium and culturing. Automated culture instruments for microbial identification have also emerged, including the VITAL Automated System for Blood Culture, the ATB Automated Identification System, and the MicroScan fully automated bacterial test system.

1) 자동화 혈액 배양기(VITAL Automated System for Blood Culture)1) VITAL Automated System for Blood Culture

호기성 Vital AER 배지(O2+ CO2mixture) 또는 혐기성 Vital ANA 배지(N2+ CO2mixture)에 환자의 혈액을 각각 2-5 ㎖를 주입한 다음 VITAL 자동화 혈액 배양기에서 배양하면 매 15분 간격으로 측정하여 미생물의 배양 여부를 알 수 있다. VITAL 자동화 혈액배양기의 원리는 형광물질인 H.F.T. (Homogeneous Fluorescence Technology)를 혼합한 배양액에 혈액을 접종하면 미생물 성장의 대사과정에서 CO2생성, pH 변화, 배지의 산화환원 전위차(Oxydo-reductant potential)변화 등으로 형광물질인 H.F.T가 감소된다. 매 15분 간격으로 배양병에 555nm 파장의 빛(Excitation light)을 배양액에 조사하면 미생물의 성장에 따라 감소된 형광인 H.F.T의 600nm의 파장을 Kinetic방법으로 측정하여 미생물의 배양 여부를 자동으로 감지한다.Inject every 2-5 ml of the patient's blood into aerobic Vital AER medium (O 2 + CO 2 mixture) or anaerobic Vital ANA medium (N 2 + CO 2 mixture) and incubate in VITAL automated blood incubator every 15 minutes It can be determined whether the culture of the microorganism by measuring with. The principle of VITAL automated blood culture medium is a fluorescent material of HFT (Homogeneous Fluorescence Technology) CO 2 generation, pH changes, redox potential differences (Oxydo-reductant potential) of the medium on the metabolism of when inoculated with the blood in a mixed culture liquid microbial growth changes Etc., the fluorescent substance HFT is reduced. When every 15 minutes, the culture bottle is irradiated with 555 nm wavelength of Excitation light on the culture solution and automatically detects the culture of microorganisms by measuring the wavelength of 600 nm of HFT, the fluorescence reduced according to the growth of microorganisms, by Kinetic method. .

2) ATB 자동화 동정기 (ATB Automated Identification System)2) ATB Automated Identification System

ATB 자동화 동정기는 미생물의 동정과 약제 감수성 검사를 자동으로 처리하는 기기이며 하드웨어(hardware), 소프트웨어(software), 소모품의 3부분으로 구성된다. 하드웨어(Hardware)를 구성하는 요소로는 덴시토미터(Densitometer), 오토메틱 리더(Automatic reader), 컴퓨터, 프린터, 전자 피펫(Electronic pipette)가 있다. 덴시토미터는 스트립에 분주하는 미생물 부유액의 탁도를 표준화한다. 오토메틱 리더는 검체 스트립을 판독하는 분석 모듈로서 익스프레션(Expression)이라 부르며 비색(colorimetric)방법 및 터빈페로메트릭(turbinephelometric)방법으로 측정한다. 비색측정은 빛의 투과도로 각 cupule의 반응색을 측정하는 것이며 터빈페로메트릭 법은 세균 성장에 따라 투과광 양이 달라지므로 30°각도로 산란되는 산란광을 측정하는 원리를 이용한 것이다. 컴퓨터는 프로그램, 자료 입력, 자료 검색, 저장 등의 소프트웨어를 수행한다. 전자 피펫은 지정된 양의 세균 부유액을 strip의 cupule에 분주한다. 스트립은 동정과정에 사용한다. 그람 양성균 부유액은 현탁배지(Suspension medium)를 사용하고, 그람음성균은 0.85% NaCl 배지를 사용한다. 환자의 검체를 블로드 아가(Blood agar), P 아가(P agar), 만니톨 염 아가(Manitol salt agar), Baird Parker 또는 맥콩키 배지(MacConkey medium) 등의 배지에 접종하여 배양한다. 동정하고자 하는 병원성 콜로니를 여러 개 선택하여 현탁배지에 부유시킨다. 스트립의 판독은 스트립의 "0"열에 해당하는 시험항목에 반응시약을 1방울씩 가하여 5분 후에 판독하고 10분이 초과하면 안된다. ATB 시스템인 컴퓨터와 연결된 리더를 이용하여 스트립 큐플(strip cupule)의 반응색을 판독한다.The ATB Automated Identifier is a device that automatically handles microbial identification and drug susceptibility testing. It consists of three parts: hardware, software and consumables. Hardware components include densitometers, automatic readers, computers, printers, and electronic pipettes. Densitometers standardize the turbidity of microbial suspensions dispensed into strips. An automatic reader is an analysis module that reads sample strips, called expressions, and measures them by colorimetric and turbine ferrometric methods. Colorimetric measurement measures the response color of each cupule by the light transmission. The turbine ferrometric method uses the principle of measuring scattered light scattered at an angle of 30 ° because the amount of transmitted light varies according to bacterial growth. Computers run software such as programs, data entry, data retrieval, and storage. The electronic pipette dispenses a specified amount of bacterial suspension into the cupule of the strip. The strip is used for identification. Gram-positive bacteria suspension is suspended suspension medium and Gram-negative bacteria 0.85% NaCl medium. Samples of the patient are inoculated in a medium such as Blood agar, P agar, Manitol salt agar, Baird Parker, or MacConkey medium. Several pathogenic colonies to be identified are selected and suspended in suspension medium. The reading of the strip shall be read after 5 minutes by adding 1 drop of reaction reagent to the test item corresponding to the "0" column of the strip and shall not exceed 10 minutes. The response color of the strip cupule is read using a reader connected to an ATB system.

3) 마이크로스캔 전자동 세균검사 시스템3) Microscan Fully Automatic Bacterial Testing System

마이크로스캔 전자동 세균검사 시스템은 미생물의 동정과 항생제 감수성 검사를 동시에 전자동으로 처리하여 결과를 출력하는 전자동 세균 검사 기기이다. 마이크로스캔은 마이크로스캔 패널을 프로세스할 수 있는 수에 따라 WalkAway-40과 WalkAway-96으로 구분하지만 기능은 동일하다. 시스템은 리더, 컴퓨터, 바코드 프린터, 리포트 프린터, 리녹(Renok), 소모품 등으로 구성된다. 미생물 배양을 위한 항온장치, 패널을 장착하는 8개의 타워, 패널의 바 코드를 인식하는 리더, 패널에 시약 분주하는 디스펜서(dispenser), 반응을 측정하는 텅스텐-할로겐 램프, fiber-optics, photodiode 등의 광학장치로 구성되어 있으며 컴퓨터와 접속되어 있다. 측정에 사용하는 파장은 405, 440, 505, 560, 590, 620nm의 파장을 사용한다. 패널에 균액을 접종한 후 바코드를 부착하여 장착하면 배양시간 관리, 패널에 시약을 적하하여 각 웰의 반응을 비색법, 비탁법 또는 형광법으로 판독하여 동정 결과를 컴퓨터에 자동적으로 입력한다. 40/96 웰의 마이크로타이터 패널(microtiter panel)을 미생물 동정에 사용하며, 패널의 구분은 상업적/크로모제닉 패널(conventional/chromogenic panels), 신속 크로모제닉 패널(rapid chromogenic panels), 신속 플로로제닉 패널(rapid fluorogenic panels) 등이 있다. 상업적 크로모제닉 패널은 미생물 동정시간이 18 내지 24시간이며, 신속 크로모제닉 패널은 미생물 동정시간이 4시간이며, 신속 플로로제닉 패널은 그람양성 및 그람음성 미생물 동정시간이 2시간이지만 약제 감수성을 동시에 하는 콤보 패널을 사용하며 3시간에서 7시간이 필요하며 일부 그람 양성균에서는 15시간이 소요된다.Microscan Fully Automatic Bacterial Testing System is a fully automatic microbiological testing device that automatically outputs the results of microbial identification and antibiotic susceptibility testing simultaneously. Microscan divides the WalkAway-40 and WalkAway-96 according to the number of microscan panels that can be processed, but the functionality is the same. The system consists of a reader, a computer, a barcode printer, a report printer, Renok, and a consumable. Thermostats for microbial cultivation, eight towers with panels, readers for bar code recognition on panels, dispensers for reagent dispensing on panels, tungsten-halogen lamps for measuring reactions, fiber-optics, photodiode, etc. It consists of an optical device and is connected to a computer. The wavelength used for the measurement uses wavelengths of 405, 440, 505, 560, 590, and 620 nm. After inoculating bacteria on the panel and attaching a barcode, incubation time management, reagents are added to the panel, and the reaction of each well is read by colorimetric method, turbidity method or fluorescence method and the identification results are automatically input to the computer. Microtiter panels of 40/96 wells are used for microbial identification, and the classification of panels is based on commercial / chromogenic panels, rapid chromogenic panels, and rapid flow. Rapid fluorogenic panels. Commercial chromogenic panels have a microorganism identification time of 18 to 24 hours, rapid chromogenic panels have a microorganism identification time of 4 hours, and rapid fluorogenic panels have a Gram-positive and Gram-negative microorganism identification time of 2 hours but are sensitive to drugs. Using a combo panel at the same time, it takes 3 to 7 hours, and 15 hours for some Gram-positive bacteria.

이와 같은 선택배지를 통한 미생물의 배양을 통하여 진단을 할 수는 있으나 현재 임상 진단에서 사용되고 있는 배양 방법을 통한 진단율은 매우 낮다. 예를 들어 패혈증 환자에서 혈액 배양으로 세균을 검출할 확률은 50% 이하이다 (참조: Novis D.A. et al., Arch Pathol. Lab. Med., 125, 1290-1294, (2001)). 감염성 심내막염의 경우 2.5 - 31%가 혈액 배양 진단 결과가 음성으로 판정되고, 심내막염 환자가 수술 후에 감염된 판막에서도 배양의 결과가 음성으로 판정되는 경우가 흔히 발생하고 있다 (참조: Schled W.M. et al., Principles and Practive of Infectious Diseases. 3rd ed. New York; Churchill Livingstone, 670-706, 1990). 혈액뿐만 아니라, 뇌막염, 심낭염, 복막염, 늑막염, 관절염 등의 체액에서도 역시 배양 진단의 정확성이 현저하게 떨어지기 때문에 조기 치료를 통한 질병의 호전 가능성이 지극히 낮은 실정이다. 특히, 혐기성 세균은 호기성 세균과는 달리, 검체가 공기와 접하게 되면 균주가 생존을 못하기 때문에 검체를 채취하는 방법과 운송에 있어서 많은 어려움이 있고, 증식 속도가 느리고, 배양시 혐기성 환경을 제공하는 어려움이 있어 세균의 동정율이 매우 낮다 (참조: Finegold S.M. et al., A Clinical Guide to Anaerobic Infections. Belmont, Calif., Star, (1992)). 또한 그람 음성 호기성 간균 중에서Pseudomonas spp.Enterobactericeae spp.를 제외한 균들은 특수한 배지를 요구하기 때문에 일반 배양 검사에서 진단되는 것이 거의 불가능하다. 이들 균주는 성장 속도가 느리고, 배양 조건도 까다로워서 배양에 실패하는 경우가 많은 단점을 가지고 있다 (참조: Holmes B. et al., Manual ofClinical Microbiology 6th ed. Washington, DC.: American Society of Microbiology, 499-508, (1995)).Diagnosis can be made through the cultivation of microorganisms through the selective medium, but the diagnosis rate through the culture method currently used in clinical diagnosis is very low. For example, the probability of detecting bacteria in blood cultures in patients with sepsis is less than 50% (Novis DA et al., Arch Pathol. Lab. Med., 125, 1290-1294, (2001)). In infectious endocarditis, 2.5 to 31% of patients have a negative blood culture diagnosis, and in patients with endocarditis, the result of the culture is also negative in the infected valves (Schled WM et al., Principles and Practive of Infectious Diseases.3rd ed.New York; Churchill Livingstone, 670-706, 1990). In addition to the blood, meningitis, pericarditis, peritonitis, pleurisy, arthritis, and other body fluids also significantly lower the accuracy of the culture diagnosis, the situation is very unlikely to improve the disease through early treatment. In particular, anaerobic bacteria, unlike aerobic bacteria, because when the specimen is in contact with the air, the strain does not survive, there is a lot of difficulties in the method of collecting and transporting the sample, slow growth rate, and provides an anaerobic environment in culture The difficulty in identifying bacteria is very low (Finegold SM et al., A Clinical Guide to Anaerobic Infections.Belmont, Calif., Star, (1992)). Also, among the Gram-negative aerobic bacilli, Pseudomonas spp. And Enterobactericeae spp. All but the microorganisms require special media, making it almost impossible to diagnose them by routine culture tests. These strains have a number of disadvantages in that they fail to grow because of their slow growth and difficult culture conditions (see Holmes B. et al., Manual of Clinical Microbiology 6th ed.Washington, DC .: American Society of Microbiology, 499). -508, (1995)).

둘째로, 면역혈청학적 검사가 임상에서 사용되고 있는데 대표적인 면역혈청학적검사법은 세균응집검사, 보체결합시험, ELISA(enzyme linked immunosorbent assay), 방사선면역분석(radioimmunoassay), 면역형광측정법(immunofluorescent test), 면역블롯(Immunoblot) 등이 있으나 일반적으로는 ELISA 검사법이 가장 많이 이용되고 있다. 이들은 즉 항원·항체간의 면역반응을 이용하여 검사하는 방법이라고 할 수 있다. 면역혈청학에 쓰이는 방법을 소개하자면 다음과 같다.Secondly, immunosera are used in clinical trials. Representative immunosera are the bacterial coagulation assay, complement binding assay, enzyme linked immunosorbent assay (ELISA), radioimmunoassay, immunofluorescent test, and immunoassay. Blot (Immunoblot), etc., but generally the ELISA test is the most used. In other words, they can be said to be tested by using the immune response between the antigen and the antibody. Here's how to use it in immunosera:

1) Anti-Streptolysin-O Test1) Anti-Streptolysin-O Test

Streptolysin O는 group A hemolytic straptococci가 생산하는 hemolytic factor로 β-Hemolytic streptococci 감염 확인, Rheumatic fever나 post-streptococcal glomerulonephritis진단, Joint pain이 있는 환자의 rheumatic fever와 rheumatoid arthritis 감별 등에 유용하다. Group A streptococci가 생성하는 균체외 성분에 대한 항체 중 현재 실시되고 있는 검사종목으로서는 ASO(antistreptolysin O), ASK(antideoxyribonuclease B), antideoxyribonuclease (ADNase), AH(antihyaluronidae) 등이다. 이것은 Lance field 분류의 C군, Grns 중 일부가 생성하는 균체 외 성분과도 반응한다. 용혈성 연쇄상구균 그 자체에 대한 항체로서는 A군 특이성 다당체에 대한 항체(antistreptococcal polyliposaccharide, ASP)가 있다. 용혈성 연쇄상구균 일차감염증으로써 편도선염, 인두염, 피부화농증, 성홍열과 속발성으로서 rheumatic fever, acute nephritis를 의심하는 경우에 검사가 요구된다. 항생제 치료중에는 반응이 억제되고 lipoprotein level이 올라가 있을 때에는 false positive를 볼 수 있다. 건강 보균자(Carrer)도 때에 따라서는 titer가 높을 때가 있다.Streptolysin O is a hemolytic factor produced by group A hemolytic straptococci and is useful for identifying β-Hemolytic streptococci infections, diagnosing rheumatic fever or post-streptococcal glomerulonephritis, and identifying rheumatic fever and rheumatoid arthritis in patients with joint pain. Among the antibodies tested against the extracellular components produced by Group A streptococci are currently tested items such as ASO (antistreptolysin O), ASK (antideoxyribonuclease B), antideoxyribonuclease (ADNase), and AH (antihyaluronidae). It also reacts with extracellular components produced by some of the Lance field group C and Grns. An antibody against hemolytic streptococcal itself is an antibody against group A specific polysaccharide (antistreptococcal polyliposaccharide, ASP). If hemolytic streptococcal primary infection is tonsillitis, pharyngitis, dermatitis, scarlet fever and secondary, rheumatic fever and acute nephritis are required. During antibiotic treatment, the response is suppressed and a false positive is observed when the lipoprotein level is elevated. Carerer sometimes has high titer.

2) 항-마이코플라즈마 항체(Anti-Mycoplasma Antibody)2) Anti-Mycoplasma Antibody

마이코플라스마 감염 확인검사로 실시된다. 약 200여종의 마이코플라스마 중에서 사람에게 특히 중요한 것은 마이코플라스마 퓨모니에(Mycoplasma pneumoniae)이며 이것은 사람에게 급성의 상기도 및 하기도염을 일으키는 질환으로서 발열이나 객담을 그다지 동반하지 않는 심한 기침을 한다. 주로 성인이나 어린이에게 감염이 많고 노인(60세 이상)에게는 이환율이 낮은 질병이다. 마이코플라스마는 pleuropneumonia like organism(PPLO)이라고도 불리운다. 발병 직후는 항체수치가 상승되지 않지만 발병 2-3주 후의 항체수치가 4배이상 상승하면 확진이 된다. 완전 고정 테스트(Complement fixation test)는 감염 초기에 나타나는 IgM 계열 항체와 감염후 수개월 동안 지속되는 IgG 계열 항체의 두 가지를 측정한다. 발병 후 7-10일부터 항체가 상승하여 3-4주만에 피크가 되고 이후부터는 낮아지지만 몇 개월간은 어느 정도 높은 항체가 지속된다. 타닌산 처리 민감성 sensitized red cell를 사용한 PHA반응은 IgM class antibody를 주로 측정한다.Mycoplasma infection test is performed. Of about 200 species of mycoplasma, the most important for humans is Mycoplasma pneumoniae, which causes acute upper respiratory tract and lower respiratory tractitis in humans, with a severe cough that does not accompany fever or sputum. The disease is mainly caused by infections in adults and children and low in morbidity in the elderly (over 60 years). Mycoplasma is also called pleuropneumonia like organism (PPLO). Immediately after onset, antibody levels do not increase, but if antibody levels rise four or more times after 2-3 weeks of onset, it is confirmed. The Complement fixation test measures two types of IgM antibodies that appear early in the infection and IgG antibodies that persist for months after infection. Antibodies rise from 7-10 days after onset, peaking in 3-4 weeks, and then lowering thereafter, but remain high for some months. PHA reactions using sensitized red cells treated with tannic acid are mainly measured for IgM class antibodies.

3) Cold Agglutinins3) Cold Agglutinins

Primary atypical pneumonia의 확인 및 cold agglutinin disease와 lymphoreticular malignancy의 분별과 대비 목적으로 검사한다. 원래는 cold agglutinin에 의한 anemia 등의 chronic cold agglutinin disease 질환 진단에 응용되지만 빈도로 보아Mycoplasma감염증을 의심할 때 검사하는 수가 많다. 이외 바이러스성 호흡기 감염증이나 비만질환, 기관지염에서도 증가되는 수가 있으므로 이러한 질환의 활동성 평가 지표의 하나로 사용된다.Primary atypical pneumonia is identified and cold agglutinin disease and lymphoreticular malignancy are identified and compared. Originally applied for the diagnosis of chronic cold agglutinin diseases such as anemia caused by cold agglutinin, the frequency is frequently examined when suspecting Mycoplasma infection. In addition, viral respiratory infections, obesity diseases, bronchitis can be increased because it is used as an indicator of activity of these diseases.

Cold agglutinin은 RBC(Red blood cell) membrane antigen에 대한 auto antibody이며 막 항원에는 몇 가지 알려져 있지만 중요한 것은 I/i계이다. Mycoplasma 항원은 적혈구 I 항원과 교차반응성을 가져서 감염증 때 한냉응집소가가 상승한다.Mycoplasma pneumoniae감염으로 발병후 1주부터 상승하기 시작하여 2-3주에 peak에 달하고 이후 차츰 낮아져 4-6주에는 음성화된다. 그러므로 감염초기 1-2주에 감염 여부를 판정하는 데 보조가 된다.Cold agglutinin is an auto antibody against red blood cell (RBC) membrane antigens. Mycoplasma antigens are cross-reactive with erythrocyte I antigens, resulting in elevated cold aggregate levels during infection. Mycoplasma pneumoniae infection begins to rise from 1 week after onset, reaches peaks at 2-3 weeks, then gradually decreases to become negative at 4-6 weeks. Therefore, it helps to determine the infection in the first 1-2 weeks of infection.

상 승 원 인Cause of rise >32배(-256배):Mycoplasma infection(회복기 증례에서는 경과 관찰을 한다)(55% of primary atypical pneumonia)비만성 기관지염, lymphoreticular malignancyCold agglutinin monoclonal antibody:Chronic cold agglutinin disease, lymphocytic malignant tumor,Cold agglutinin polylclonal antibody:Mycopl;asma infection, 비만성 범세기관지염성, 만성 기도감염질환,infectious disease, gangrene, congenital syphilis, cirrhosis, old ageat temperature 0-10℃.> 32-fold (-256-fold): Mycoplasma infection (observed in case of recovery) (55% of primary atypical pneumonia) antibody: Mycopl; asma infection, obese pancreatic bronchiolitis, chronic airway infection disease, infectious disease, gangrene, congenital syphilis, cirrhosis, old ageat temperature 0-10 ° C.

4) Anti-Epstein Barr Virus(anti EBV) Antibodies4) Anti-Epstein Barr Virus (anti EBV) Antibodies

Anti-Epstein-Bar virus antibody 검사는 heterophile negative(monospottest)인 infectious mononucleosis의 감별 및 EBV의 antibody 상태(lymphoproliferative processes인 immunosuppressed patient에서)를 위하여 검사한다.Anti-Epstein-Bar virus antibody tests are performed for the detection of infectious mononucleosis, a heterophile negative (monospottest), and for the antibody status of EBV (in immunosuppressed patients, lymphoproliferative processes).

5) Amoebiasis antibody(Entamoeba histolytica antibody, Serum)5) Amoebiasis antibody (Entamoeba histolytica antibody, Serum)

장관내 기생원충 이질 아메바 질환의 원인인E. histolytica의 항체를 검출하기 위한 검사법이다. 통상적인 분별검사로는 cysts나 trophozoites를 검출하여 확인되지만 현미경적 음성검사는 확인이 안 된다. 즉 다른 검사법으로 장관 이외 기생원충을 확인 검사하여야 한다. Liver abscess는 장관 이외의 감염이어서 통상적인 분별검사로는 확인이 안 된다.즉 혈청학적 검사로 진단이 이루어진다. 검사법은 indirect hemagglutination 또는 latex agglutination 및couterimmunoelectrophoresis법으로 실시한다.It is a test for detecting antibodies of E. histolytica , the cause of intestinal parasite dysentery amoeba disease. Conventional screening tests confirm cysts or trophozoites, but microscopic negative tests do not. In other words, parasites other than the minister should be checked and tested by other methods. Liver abscess is a non-intestinal infection that cannot be identified by conventional screening tests, ie serologically diagnosed. The assay is performed by indirect hemagglutination or latex agglutination and couterimmunoelectrophoresis.

6) Aspergillus Antibodies, Serum6) Aspergillus Antibodies, Serum

Immuno-diffusion법으로Aspergillusorganism (A. Flavus, A. Fumigatus, A. niger)의 antibody를 검출하는 검사이다. 또 allergic bronchospasm으로 면역결핍증 환자에게 치명적일 수 있다.Aspergillus감염은 cronchopulmonary disease, endophthamitis, kidney, heart, brain 및 bone disease와 연결된다. normal person은 negative이다. Serum 중에는 1-4개의 precipitin band가 존재한다. 강한 band는 심한 aspergillosis 감염때 나타나고 약한 band는hypersensitivity pneumonitis의 초기를 암시한다.Immuno-diffusion test detects antibodies from Aspergillus organisms ( A. Flavus, A. Fumigatus, A. niger ). Allergic bronchospasm can also be fatal to immunodeficiency patients. Aspergillus infection is associated with cronchopulmonary disease, endophthamitis, kidney, heart, brain and bone disease. Normal person is negative. There are 1-4 precipitin bands in the serum. Strong bands appear in severe aspergillosis infections and weak bands indicate the early stages of hypersensitivity pneumonitis.

7) Menigitis Antigen, Bacterial7) Menigitis Antigen, Bacterial

Counter immunoelectrophoresis로 CSF, urine, serum 중의 specific antigen (Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzaetype B)를 검출하는 검사이다. 즉 meningitis의 etiologic agents를 CSF, urine, serum, pleural fluid 혹은 joint fluid로 실시한다. 대개는 CSF와 urine이 추천된다. 정상인은 negative이다. 양성결과는S. pneumoniae,N. meningitidis,H. influenza, 및streptococcigroup B의 3개월 이내 소아 감염을 EMt한다. 이 방법은 Antimicrobial therapy의 영향을 받지만 culture 보다는 양호한 편이다. 검체의 오염은 감사결과에 영향을 끼치므로 무균적 검체 취급이 요구된다.Counter immunoelectrophoresis detects specific antigens in Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae type B in CSF, urine and serum. In other words, etiologic agents of meningitis are performed with CSF, urine, serum, pleural fluid or joint fluid. Usually CSF and urine are recommended. Normal person is negative. Positive results EMt pediatric infections within 3 months of S. pneumoniae , N. meningitidis , H. influenza , and streptococci group B. This method is affected by antimicrobial therapy but is better than culture. Contamination of samples affects the audit results and aseptic specimen handling is required.

8)CandidaAntibody, Serum8) Candida Antibody, Serum

Candida albicans는 인체 상재균 saprophytic yeast로서 생체의 저항성이 약해지면 병원성을 나타낸다. Candidiasis는 대개 제한적으로 skin이나 mucosa에만 감염되는데 전신감염으로 발전되면 치명적인 질병이다. Candidiasis는 흔히 antibacterial, antimetabolic, corticosteroid therapy 및 immunologic defects나 pregnancy, obesity, diabetes, delibitating disease 등에 감수성이 높다. 어린이에서는 oral candidiasis가 benign이지만 어른에서는 acquired immunodeficiency syndrome의 첫 증상일 수 있다. Candidiasis의 진단은 culture나 histopathology검사로 진단되지만 그렇지 못할 때는 candidida antibody로 전신적 candidiasis의 진단에 도움이 될 수 있다. 그러나 serological systemic candidiasis의 진단은 신빙성이 낮다는 의견도 있다. 이 검사는 정상인에서도 20-25%에서 양성반응이 되므로 신중한 판단을 하여야 한다. Candida albicans is a saprophytic yeast of human flora, which shows pathogenicity when resistance of living organism is weakened. Candidiasis is usually limited to skin or mucosa, which is fatal if developed into a systemic infection. Candidiasis is often susceptible to antibacterial, antimetabolic, corticosteroid therapy and immunologic defects or to pregnancy, obesity, diabetes and delibitating disease. Oral candidiasis is benign in children but may be the first symptom of acquired immunodeficiency syndrome in adults. Candidiasis can be diagnosed by culture or histopathology, but candidida antibody can help diagnose systemic candidiasis. However, some believe that the diagnosis of serological systemic candidiasis is less reliable. This test is positive in 20-25% of normal people, so careful judgment should be made.

9) Cryptococcus Antigen, Serum or CSF9) Cryptococcus Antigen, Serum or CSF

Cryptococcus antigen은 serum이나 CSF 중의 항원을 latex agglutination법으로 검출하는 검사법이다.Cryptococcus neopormans는 yeast like fungus로서 심한 감염증에서는 열과 두통, 현지증, 운동실조, 졸음과 기침증상이 나타난다. 중추신경으로 침범되어 치료를 게을리하면 치명적일 수 있다. 그러나 Meningitis가 아닌 환자에서도 30%의 양성 반응을 나타낸다.Cryptococcus antigen is a latex agglutination method for detecting antigens in serum or CSF. Cryptococcus neopormans is a yeast like fungus that causes severe infections such as fever, headache, local symptoms, ataxia, drowsiness and cough. Involvement with the central nervous system can be fatal if neglected. However, non-meningitis patients also have a 30% positive response.

10) Cytomegalovirus Antibody Screen, Serum10) Cytomegalovirus Antibody Screen, Serum

Cytomegalovirus antibody의 존재는 과거 CMV의 감염을 나타낸다. 수혈이나 조직이식에 문제가 되며 검사법으로서 passive hemagglutination, latex agglutination, enzyme immunoassay 및 indirect immunofluorescence법이 이용된다. Complement fixation test는 다른 검사에 비하여 60%의 감도가 있어 screening test로는 이용이 안 된다. 이 검사법은 정성 검사이며 1:5배의 혈청으로 과거의 감염 여부를 검사하는 것이다. 정량검사는 희석률을 세밀히 하여 CMV의 acute infection 여부를 탐지한다.The presence of cytomegalovirus antibodies indicates past CMV infection. Problems with transfusion or tissue transplantation include passive hemagglutination, latex agglutination, enzyme immunoassay and indirect immunofluorescence. Complement fixation test is 60% more sensitive than other tests and cannot be used as screening test. This test is a qualitative test that checks for past infections with 1: 5 times the serum. Quantitative tests detect the acute infection of CMV by diluting the dilution rate.

11) STS, TPHA & FTA-Abs11) STS, TPHA & FTA-Abs

매독 검사와 이의 종합적 평가를 위하여 실시된다. 매독의 혈청학적 반응은 크게 나누어 지질항원과 매독 treponema 항원으로 구분된다. 지질항원에 의한 방법은 일반적으로 STS라고 하고, VDRL(microscopic clumpint), RPR(macroscopic clumping), carbon RPR 등의 방법이 있다. 매독 treponema 항원은 여러 가지 방법의 명칭이 있어 TPHA, FTA-Abs 등이 이 부류에 속한다. 매독반응은 매독에 이환되었을 때 산생되는 항체를 검출하는 검사법이고 매독 항원인 treponema를 검출하는 방법은 아니다. 검출되는 항체는 cardiolipin이라는 지질 항원과 반응하는 항체이고 매독에 반응성은 높지만 이와 유사한 항원성분이 있으면 false positive가 될 수 있다. 한편 TPHA에서 검출되는 항체와 FTA-Abs에서 검출되는 항체는 같은 것이 아닐 수 있다.For syphilis testing and a comprehensive assessment thereof. The serological response of syphilis is largely divided into lipid antigen and syphilis treponema antigen. The lipid antigen method is generally called STS, and there are methods such as microscopic clumpint (VDRL), macroscopic clumping (RPR), and carbon RPR. Syphilis treponema antigens come in a variety of ways, including TPHA and FTA-Abs. Syphilis is a test for detecting antibodies produced by syphilis and not a syphilis antigen, treponema. The detected antibody is an antibody that reacts with a lipid antigen called cardiolipin, which is highly reactive with syphilis but may be false positive if there is a similar antigen component. Meanwhile, the antibody detected in TPHA and the antibody detected in FTA-Abs may not be the same.

12) Toxoplasmosis12) Toxoplasmosis

Toxoplasma gondii원충에 의해 발병되는 감염증으로서 세계 각지에 널리 퍼져 있다. 임신부의 congenital toxoplasmosis 감염 여부의 감별과 위험 에방, immunodeficiency case에서 toxoplasmosis의 진단, congenital toxoplasmosis 진단 및 acquired toxoplasmosis 진단 등에 유용하다. It is an infectious disease caused by Toxoplasma gondii protozoa and is widespread throughout the world. It is useful for differentiating and preventing risk of congenital toxoplasmosis infection in pregnant women, diagnosing toxoplasmosis in immunodeficiency case, congenital toxoplasmosis diagnosis and acquired toxoplasmosis diagnosis.

13)Chlamydia 13) Chlamydia

Chlamydiainfection 검출목적으로 시행되는데, 결막염, 상기도염, 폐렴, 요도염 등 각과 영역에 걸쳐 관계되어 신속한 진단이 절실히 요구된다. 병원체는Chlamydia psittaci(CP)와Chlamydia trachomatis(CT)의 두 가지이지만 새로운 Chlamydia가 규명되고 있다고 한다. 주로 남자의 요도염, 부고환염, CT생식기 감염증의 남자 상대 여성, 난관염, PID, 신생아 결막염, 성인 결막염, trachoma, 성병성 림프육아종이 의심되는 환자, β-lactum제 무효 기도 감염증(조류와의 접촉 경력으로 생기는 psittacosis)에서 검사된다. 검출할 수 있는 진단법으로는 직접 검출법과 혈청학적 진단법으로 나눌 수 있다. The purpose of this study is to detect Chlamydia infection, which requires rapid diagnosis due to its conjunctivitis, upper gastritis, pneumonia and urethritis. There are two pathogens, Chlamydia psittaci (CP) and Chlamydia trachomatis (CT), but new Chlamydia are being identified. Mainly urethritis, epididymitis, male counterpart women with CT genital infection, tubalitis, PID, neonatal conjunctivitis, adult conjunctivitis, trachoma, patients suspected of sexually transmitted disease lymphoblastoma, β-lactum invalid airway infection (by contact with algae) Occurs in psittacosis). Detectable diagnostic methods can be divided into direct detection methods and serological diagnostic methods.

가) 직접 검출법A) direct detection method

A. 형광항체법A. Fluorescent Antibody Method

a) Cultureset: Chlamydia족 특이성 monoclonal antibody를 사용하여 CT, CP, TWAR의 방법으로 모두 검출된다. 채취에서 한 시간 이내에 결과를 얻는데 종의 감별은 불가능하다.a) Cultureset: Chlamydia-specific monoclonal antibodies are detected by CT, CP and TWAR methods. It is not possible to discriminate species by obtaining results within an hour of harvesting.

b) Micro track: CT만을 선택적으로 검출할 수가 있고 약 30분이내에 결과를 얻는다. 그러나 Staphylococcus aureus와의 교차반응이 보고되고 있어 유의하여야 한다.b) Micro track: Only CT can be detected selectively and the result is obtained within about 30 minutes. However, cross reactions with Staphylococcus aureus have been reported and should be noted.

c) Chlamydia TWAR: monoclonal antibody TWAR만을 선택적으로 검출한다.c) Chlamydia TWAR: selectively detects only monoclonal antibody TWAR.

B. 효소항체법B. Enzyme Antibody Method

Chlamydia족 특이항체를 이용한 항원검출법으로서 다수의 검체를 처리할 수가 있는데 측정시간이 4시간이 걸린다.As an antigen detection method using Chlamydia-specific antibodies, a large number of samples can be processed, which takes 4 hours.

C. DNA hybridizationC. DNA hybridization

나) 혈청학적 진단법B) serological diagnostic methods

사람의 질병에서는 병소에서 CP를 항유한 검체를 얻기 어렵고 CT감염증에서도 항균제 치료후 CT의 세균학적 검출이 어렵다. 따라서 진단은 혈청학적 진단방법에 의뢰하는 수 밖에 특별한 방도가 없다.In human disease, it is difficult to obtain CP-containing samples from the lesions, and CT infection is difficult to detect after CT treatment. Therefore, the diagnosis has no special method but to refer to the serological diagnostic method.

A. Complement fixation reaction(보체결합법): 족 특이성의 검사법이다. 그러므로 CP, CT 감염증의 감별은 안 된다. 형광항체법이나 효소항체법에 비하여 감도가 낮아 high titer를 나타내는Chlamydia psittaci병, 서혜림프육아종(CP에서는 32배 이상, 서혜림프육종에서는 64배 이상이 많다)에는 유효하지만, CT TWAR 감염증에서는 진단상 어려움이 있다. 간격 채혈한 검체에서 4배 이상의 항체가 상승, 혹은 일반적으로 16배 희석에서의 항체가는 CP, CT 감염증을 의심하게 한다.A. Complement fixation reaction: A test for family specificity. Therefore, CP and CT infections should not be differentiated. It is effective for Chlamydia psittaci disease and groin lymphoma (32 times more in CP and 64 times more in groin lymphoma) that show higher titer with lower sensitivity than fluorescence antibody or enzymatic antibody, but in CT TWAR infection There is difficulty. Four or more times higher antibody levels in interval-sampled samples, or antibody titers at 16-fold dilutions usually lead to suspicion of CP and CT infections.

B. Fluorescent method:Chlamydia증식 cycle에서의 기본소체(elementary body)라고 부르는 감염성, 비증식성의 소체를 항원으로 하여 종 특이성을 갖는다. 이 항원은 CT serum형 특이성 항원이므로 MIF에 의한 항체가, 항체의 Ig class별과 같이 CT 혈청형 특이성을 알 수 있다.B. Fluorescent method: Species specificity is obtained using antigens from infectious and non-proliferative bodies called elementary bodies in the Chlamydia proliferation cycle. Since this antigen is a CT serum type specific antigen, the antibody by MIF can know CT serotype specificity similar to the Ig class of an antibody.

C. Microplate immunofluorescence antibody technique: 종특이성 검사법인데 항원에 대한 반응성의 강약에 따라 CP인지의 감별이 가능하다. 현재 TWAR감염증에도 응용이 검토되고 있다.C. Microplate immunofluorescence antibody technique: Speciation is a specificity test that allows the identification of CP according to the strength of the antigen. Applications are currently being investigated for TWAR infections.

D. 효소 항체법: 종특이성의 검사법으로서 다수의 검체를 처리할 수 있는 잇점이 있다.D. Enzyme Antibody Method: As a test for species specificity, there is an advantage in that a large number of samples can be processed.

14) Febrile Agglutination Tests (Widal 및 Weil-Felix 반응)14) Febrile Agglutination Tests (Widal and Weil-Felix Reactions)

Salmonella질환은 항원 검출인 균을 검출하는 것이 우선이며 제1주에는 blood culture, 제2주에는 blood 및 stool, urine culture, 제3주에는 urine 및 stool 중에 검출되는 점을 생각하여야 한다. serological agglutination test는 발병 초, 2주 이후 3주에 계속 응집 titre를 검사한다.Typhoid균은 O, H 및 Vi 항원이 사용된다. 진단적 의의는 간격을 두어 중복 측정검체에 대한 역가 상승을 관찰한다. O항원은 단일 혈청검체는 1:80 내지 160배 이상에서, Vi 항원은 20배 이상에서(para-A 및 para-B는 각기 80배 이상) 역가를 일단 양성으로 판단한다(Widal test for salmonella). 비특이적인 것이지만 이제까지 rickettsia성 질환의 serological 시험에서 널리 사용되고 있는 것은 Weil-Felix 반응이 있다. 발진티프스의 진단으로 이용하며 항원으로서proteus균(OX-19, OX-K, OX-2)을 사용한 응집반응인데 일반검사로 간단하여 널리 사용한다. 쓰쓰가무시병 등에도 이 진단법이 응용된다. Salmonella disease should be considered as detection of bacteria, which is antigen detection, and blood cultures in the first week, blood and stool, urine culture in the second week, and urine and stool in the third week. The serological agglutination test continues to test aggregate titers at the beginning of the onset and at 3 weeks after 2 weeks. Typhoid bacteria are used with O, H and Vi antigens. Diagnostic significance is observed at elevated intervals for duplicate titers. Antigens are positive for titers once in a single serum sample at 1:80 to 160 fold and at 20 folds for Vi antigen (80 times or more for para-A and para-B, respectively) (Widal test for salmonella) . Although not specific, one of the most widely used serological tests of rickettsia disease is the Weil-Felix response. It is used for the diagnosis of rash typhus, and it is agglutination reaction using proteus bacteria (OX-19, OX-K, OX-2) as antigen. This diagnostic method is also applied to Tsutsugamus disease.

셋째로, 분자학적 검사가 제안되고 있다. 현재까지 질병 진단을 위해 가장 많이 사용된 실험실 적 방법은 단백질을 이용한 것이었다. 최근 분자생물학의 발달로 각종 단백질이 cloning되어 그 염기배열이 밝혀짐에 따라, DNA나 RNA를 이용한 질환의 진단이 가능하게 되었다. 임상에서 활발히 사용되는 대표적인 예로써 수백 종류가 밝혀져 있는 암유전자(oncogene) 뿐 아니라, 암 억제유전자 (suppressor genes), 약제내성유전자(Drug resistant gene), 각종 감염증검사(infectious disease), 유전질환 검사(genetic disease),친자감별검사(Paternity test), 법의학적검사(forensic medicine) 등에 널리 이용되고 있으며, 향후 그 범위는 유전자치료까지 진행될 것으로 보인다. 이러한 유전자분석을 임상진단에 이용하는 것은 의학계에 획기적인 전기를 마련할 것이다. 여기서는 유전자분석에 가장 많이 이용되는 southern blot방법과 PCR(polymerase chain reaction)을 간단히 소개하고 이 방법으로 활용할 수 있는 검사항목을 소개하고자 한다.Third, molecular tests have been proposed. To date, the most widely used laboratory method for diagnosing diseases has been the use of proteins. With the recent development of molecular biology, various proteins have been cloned and their nucleotide sequences have been revealed, which makes it possible to diagnose diseases using DNA or RNA. Representative examples of active use in clinical practice include cancer suppressor genes, drug resistant genes, various infectious diseases, and genetic disease tests, as well as oncogenes with hundreds of known identities. It is widely used in genetic disease, paternity test, and forensic medicine, and the range is expected to progress to gene therapy in the future. The use of this genetic analysis for clinical diagnostics will provide a significant milestone in the medical community. Here, we briefly introduce the southern blot method and PCR (polymerase chain reaction), which are most used for genetic analysis, and introduce the test items that can be used with this method.

1) Southern blot 방법을 이용한 진단1) Diagnosis using Southern blot method

가) DNA 증폭 또는 재구성의 검색A) Search for DNA Amplification or Reconstitution

DNA를 추출하여 제한효소로 절단한 후, 전기영동을 하고 nylon filter로 transfer하여 검출하고자 하는 부위를 가진 probe로 hybridization을 한다. 얻어진 band의 강도와 크기로 증폭과 재구성을 결정한다.DNA is extracted and digested with restriction enzymes, followed by electrophoresis and transfer to a nylon filter to hybridize with a probe with the site to be detected. The amplification and reconstruction are determined by the intensity and size of the bands obtained.

나) RFLPs를 사용한 검색B) Search using RFLPs

DNA를 제한효소로 절단하면 특정 DNA marker에 상당하는 단편의 길이가 개개인에 따라서 다를 경우가 있으며, 이것을 Restriction Fragment Length Polymorphi는(RFLPs)라고 부르고 있다. 이것을 southern blot법으로 분석하였을 때 대립유전자가 다른 크기의 band을 나타내는 것을 이형접합체(heterozygote)라고 한다. 정상세포는 이형집합체를 나타내는데, 종양세포를 동형접합체(homozygote)를 나타내는 경우를 이형접합체의 소실(loss of heterozygosity, LOH)이라고 한다. 이러한 원리를 이용하여 여러 가지 찾고자 하는 유전자를 검색할 수 있다.When DNA is digested with restriction enzymes, fragment lengths corresponding to specific DNA markers may vary from person to person. This is called Restriction Fragment Length Polymorphi (RFLPs). When the southern blot analysis shows that alleles show bands of different sizes, they are called heterozygotes. Normal cells represent heterozygotes, and tumor cells representing homozygotes are called loss of heterozygosity (LOH). This principle can be used to search for a variety of genes.

2) PCR 법을 이용한 진단2) Diagnosis using PCR

PCR은 1985년 P.K. Saiki 등에 의해 염색체 DNA의 β-globin유전자의 염기배열을 primer로 이용하여 특정 영역을 효소적으로 증폭하여, 유전병인 겸상적혈구를 진단하는 새로운 방법으로 처음 보고되었다. PCR의 기본원리는 목적하는 유전자의 양끝에 해당하는 1쌍의 primer를 유전자에 접합시킨 뒤 DNA 중합효소로 두 primers사이를 합성하고 합성된 DNA는 다시 같은 두 primer의 반복되는 접합과 중합효소에 의한 합성으로 기하급수적으로 증폭하는 것이다. 그 반복횟수에 따라 특정 DNA를 2n만큼 증폭시킬 수 있어 105-109까지 증폭된 DNA를 얻을 수 있다. 이는 감염 원인균의 유전자를 검체에서 분리하여 증폭한 후 염기서열 분석을 통하여 균의 존재 및 종류를 규명하는 방법으로 적절하게 사용될 수 있다. PCR법을 이용하면 검체중의 분석하려는 DNA 영역을 수 십만 배로 증폭 할 수 있으므로 분석의 감도를 높일 수 있으며, 극미량의 검체로 분석이 가능하다. 이러한 특징을 이용하여 미생물 감염증의 진단 세균, 바이러스 유전자 검색을 행하는데, 진단 PCR에 이용하는 종류로는 PCR (Polymerase Chain Reaction), Hot-start PCR, Nested PCR, Multiplex PCR, DOP (Degenerate Oligonucleotide Primer) PCR, RT-PCR (Reverse Transcriptiase PCR), Quantitative RT-PCR, FISH (Fluorescent In Situ Hybridization), In Situ PCR 등이 있다. 이는 감염 원인균의 유전자를 검체에서 분리하여 증폭한 후 염기서열 분석을 통하여 균의 존재 및 종류를 규명하는 방법으로서, 이는 소량의 DNA를 증폭시켜 검출하므로 균주의 배양 과정을 거치지 않고 검체에 존재하는 소량의 병원균 혹은 균의 유전자의 존재만으로도 동정이 가능하다는 장점이 있다. 이러한PCR에 의한 검출방법은 증폭시키는 표적 유전자의 선택이 매우 중요한데, 일반적으로 16S rRNA와 23S rRNA, 내부전사지역(Internal Transcribed Spacer Region : 이하 ITS라 한다)이 이용되고 있다(참조 : P. Wattiau et al.,Appl. Microbiol. Biotechnol., 56, 816-819, 2001, D, A. Stahlm et al.,J. Bacterial., 172, 116-124, 1990, Boddinghaus. B. et al.,J. Clin., Microbiol., 28, 1751-1759, 1990, T. Rogall et al.,J. Gen. Microbiol., 136, 1915-1920, 1990, and T. Rogall, et al.,Int'l J. System.Bacteriol., 40, 323-330, 1990, K. Rantakokko-Jalava et al,J. Clin., Mirobiol., 38(1), 32-39, 2000, H.Y. Park et al,J. Clin., Mirobiol., 38(11), 4080-4085, 2000, A. Schmalenberger et al,Appl. Microbiol. Biotechnol., 67(8), 3557-3563, 2001). 그러나, 16S rRNA는 다형성이 적어서 종을 구별하지 못하는 균종이 있다는 단점이 있다.PCR was first reported in 1985 by PK Saiki et al. As a novel method of diagnosing sickle cell disease, a hereditary disease by enzymatically amplifying a specific region using a nucleotide sequence of β-globin gene of chromosomal DNA as a primer. The basic principle of PCR is to conjugate a pair of primers corresponding to both ends of a gene to a gene, and then synthesize between two primers with DNA polymerase, and the synthesized DNA is produced by repeated conjugation and polymerization of the same two primers. It is amplifying exponentially with synthesis. Depending on the number of repetitions, the specific DNA can be amplified by 2 n, and the DNA amplified to 10 5 -10 9 can be obtained. This can be appropriately used as a method for identifying the presence and type of bacteria through sequencing after amplifying the gene of the causative organism from the sample. The PCR method can amplify hundreds of thousands of DNA regions to be analyzed in a sample, thereby increasing the sensitivity of the analysis and analyzing the sample with a very small amount of sample. These characteristics are used to detect bacterial and viral genes for microbial infections.Polymerase chain reaction (PCR), hot-start PCR, nested PCR, multiplex PCR, and degenerate oligonucleotide primer (DOP) PCR are used for diagnostic PCR. , Reverse Transcriptiase PCR (RT-PCR), Quantitative RT-PCR, Fluorescent In Situ Hybridization (FISH), In Situ PCR. This method is used to isolate and amplify the genes of the causative organisms from the sample, and to identify the type and presence of the bacteria through sequencing. This method amplifies and detects a small amount of DNA. There is an advantage that can be identified only by the presence of the pathogen or the gene of the bacteria. In the PCR detection method, it is very important to select target genes to be amplified. Generally, 16S rRNA, 23S rRNA, and Internal Transcribed Spacer Region (ITS) are used (see P. Wattiau et. al., Appl. Microbiol.Biotechnol. , 56, 816-819, 2001, D, A. Stahlm et al., J. Bacterial ., 172, 116-124, 1990, Boddinghaus.B. et al., J. Clin., Microbiol ., 28, 1751-1759, 1990, T. Rogall et al., J. Gen. Microbiol ., 136, 1915-1920, 1990, and T. Rogall, et al., Int'l J. System. Bacteriol., 40, 323-330 , 1990, K. Rantakokko-Jalava et al, J. Clin., Mirobiol., 38 (1), 32-39, 2000, HY Park et al, J. Clin., Mirobiol ., 38 (11), 4080-4085, 2000, A. Schmalenberger et al, Appl. Microbiol. Biotechnol. , 67 (8), 3557-3563, 2001). However, 16S rRNA has a disadvantage in that there is a small polymorphism, which does not distinguish between species.

넷째로, 올리고뉴클레오티드 프로브의 혼성화(Hybridization)에 의한 동정 방법이 있다. 혼성화 반응(Hybridization)이란 한 가닥으로 된 핵산이 이와 상보적인 염기 서열의 또 다른 한 가닥의 핵산과 적당한 조건에서 만나게 되면 이중 나선을 형성하는 현상이다.Fourth, there is a method of identification by hybridization of oligonucleotide probes. Hybridization is a phenomenon in which a single strand of nucleic acid forms a double helix when it meets with a nucleic acid of another strand of complementary nucleotides under appropriate conditions.

최근 (주)에스제이하이테크에서 인체 병원성 혐기성 세균의 유전형감별을 위해 균의 특이적인 탐침을 선발하여, 그것을 바탕으로 DNA 칩을 이용한 균 동정 시스템을 개발하였다. 그러나, 이 연구에서는 세균 중에서 일부의 혐기성 세균들에 국한하여 진단법을 개발하였으며, 임상적으로 중하고 시급한 질환이 아닌 여드름과 같은 질환을 야기시키는 균들을 포함하여 선정하였다 (참조: 2000년도 벤처 및 중소기업 기술개발사업 최종보고서, 보건복지부 HMP-00-VN-01-31400-0034, 2000). 따라서, 본 발명에서 제기한 균들을 동정하기 위한 시스템의 필요성이 절실히 요구된다.Recently, SJ Hi-Tech Co., Ltd. selected a specific probe of bacteria for genotyping of human pathogenic anaerobic bacteria, and developed a bacterial identification system using DNA chips. However, this study developed a diagnostic method limited to some anaerobic bacteria among bacteria, and selected the bacteria that cause diseases such as acne, not clinically urgent and urgent diseases. Final Report on Technology Development Project, Ministry of Health and Welfare HMP-00-VN-01-31400-0034, 2000). Therefore, there is an urgent need for a system for identifying the bacteria raised in the present invention.

본 발명에서는 균 동정 및 감염 여부를 진단하는 종래의 방법의 문제점을 고려하여 간단하면서도 정확도와 효율성 높은 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a simple, high accuracy and efficient method in consideration of the problems of conventional methods for identifying bacteria and diagnosis of infection.

본 발명에서 제기한 균은 현재 임상적으로는 균 배양의 방법을 이용하여 동정되어지고 있다. 그러나, 앞에서 설명한 바와 같이 각 균들은 배양조건이 각기 다르고 까다로울 뿐만 아니라, 배양시간도 오래 걸리고 검사하는 데도 많은 시간이 소요되기 때문에 촉각을 다투는 병의 진단방법으로서는 매우 부적절하다.The microorganisms raised in the present invention are currently clinically identified using a microbial culture method. However, as described above, each bacterium is not only different and difficult to culture, but also takes a long time and takes a lot of time to examine, which is very inappropriate as a method for diagnosing tactile disease.

따라서, 감염 질환의 원인균을 보다 간단하면서도 신속, 정확하게 진단하는 방법을 개발하고자 예의 연구를 노력한 바, 박테리아의 유전자를 이용하여 원인균의 감염여부 및 종류를 초기에 진단하는 DNA칩을 만드는데 성공하였고, 실제 진단에 사용하여 검사의 3가지 조건인 간편성, 신속성, 정확성을 모두 충족함을 확인한 후 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명의 목적은 균에 특이적인 염기 서열 부위를 동정용 탐침으로 제공함으로써 검체 내에 세균이 존재하는지 여부와 함께 임상적으로 중요한 혐기성 세균 및 몇몇 그람음성균을 정확하게 동정하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.As a result, efforts have been made to develop a simpler, faster and more accurate method of diagnosing the causative agent of an infectious disease, and have succeeded in making a DNA chip that initially diagnoses the cause and type of the causative organism using bacterial genes. The present invention was completed after confirming that the test meets all three conditions of simplicity, rapidity, and accuracy. That is, an object of the present invention is to provide a method for accurately identifying clinically important anaerobic bacteria and some Gram-negative bacteria, along with the presence or absence of bacteria in a sample by providing a base sequence specific to the bacteria as an identification probe. .

도 1은 균의 특이적인 부분을 탐침으로 부착하여 제작된 DNA 칩의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a DNA chip prepared by attaching a specific part of the bacteria with a probe.

도 2는 비대칭중합효소연쇄반응 산물과 유리기판 위의 탐침과의 혼성화 정도에 대한 검사 결과이다. 즉, 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)균의 23S rRNA와 ITS부분을 증폭한 부분에 대한 DNA 칩이다(Se- S.epidermidis, Spy-S. pyrogenes, Bur- Burkholderia, Vcho-Vibrio cholera, Citf-Citrobacter freundii, Hin-H.influenza, Kpneu-K.pneumoniae, Styp-Salmonella spp., Vvul-Vibrio vulnif icus, Eco-E.coli, Svi-S.viridans, Sflex-S.flexneri, Sm-Strentrophomonas maltophila, Pa-P.aeroginosa, Pm-Proteus mirabilis, Ah-Aeromonas hydrophila, Nm-Nesseria meningitidis, Strepp-S.pneumoniae, Saur-S.aureus, Lm-Listeria monocytogenes, Ente-Enterobacter, Efcium-Enterococcus faecium).2 is a test result of the degree of hybridization between the asymmetric polymerase chain reaction product and the probe on the glass substrate. In other words, it is a DNA chip for the amplified part of 23S rRNA and ITS of Morganella morganii (Se-S.epidermidis, Spy-S. Pyrogenes, Bur-Burkholderia, Vcho-Vibrio cholera, Citf) Citrobacter freundii, Hin-H. Influenza, Kpneu-K.pneumoniae, Styp-Salmonella spp., Vvul-Vibrio vulnif icus, Eco-E.coli, Svi-S.viridans, Sflex-S.flexneri, Sm-Strentrophomonas maltophila , Pa-P.aeroginosa, Pm-Proteus mirabilis, Ah-Aeromonas hydrophila, Nm-Nesseria meningitidis, Strepp-S.pneumoniae, Saur-S.aureus, Lm-Listeria monocytogenes, Ente-Enterobacter, Efcium-Enterococcus faecium).

DNA 칩은 분자생물학적 방법으로서, 단 하나의 염기의 차이도 구별할 수 있을 만큼 매우 정밀한 기술방법이다. 이로 인해 한 종내에서도 아종의 구별이 가능하므로 질병 진단과 균주 동정에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 까다로운 동정과정을 거치지 않고도 신속하고 정확한 균주 동정이 가능하다. 이와 같은 DNA chip의 장점은 시간을 다투는 질환을 진단하는 방법으로서 매우 적합하다. 그러므로, 균주를 동정하기 위해서 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 방법으로서 DNA chip 개발은 절실히 필요하다. 따라서, 본 발명의 감염질환 동정용 DNA chip 개발은 질병을 조기에 진단하는 방법뿐만 아니라 종류를 밝힘으로써 효율적인 치료 처방을 신속하게 할 수 있는 방법을 제시할 수 있다.The DNA chip is a molecular biological method that is very precise enough to distinguish even a single base difference. Because of this, it is possible to distinguish subspecies within a single species, which may be useful for diagnosing diseases and identifying strains. In addition, rapid and accurate strain identification is possible without going through a difficult identification process. The advantage of such a DNA chip is very suitable as a method for diagnosing time-consuming diseases. Therefore, the development of DNA chip as a method that can be quickly and accurately diagnosed to identify the strain is urgently needed. Therefore, the development of the DNA chip for infectious disease identification of the present invention can suggest a method for promptly preparing an effective treatment by revealing a kind as well as a method for early diagnosis of a disease.

본 발명에서는 DNA 칩의 장점들을 살려서 다음과 같은 조건을 만족하는 감염질환 원인균 동정용 DNA 칩을 발명하였다.In the present invention, by utilizing the advantages of the DNA chip, the invention invented a DNA chip for identifying infectious diseases causing bacteria satisfying the following conditions.

첫째, 고체 기판 위에 고정화시킨 균의 특이적인 유전자와 표준균주로부터 추출한 균의 유전자사이의 결합 정도를 가지고 감염 여부를 확인함으로써 검사 결과의 높은 정확성을 추구하였다.First, the high accuracy of the test results was sought by checking whether the infection had a degree of binding between the specific gene of the bacteria immobilized on the solid substrate and the gene of the bacteria extracted from the standard strain.

둘째, 여러 검체를 동시에 진단할 수 있기에 진단 시간과 비용을 크게 절감함으로써 신속성을 추구하였다.Second, since several samples can be diagnosed at the same time, the pursuit of promptness was made by greatly reducing the diagnosis time and cost.

셋째, 전문적인 기술을 요하지 않는 간단한 절차를 통해 검사가 이루어지도록 하여 간편성을 추구하였다.Third, the simplicity was pursued by allowing the inspection to be performed through a simple procedure that does not require professional skills.

본 발명에서는 감염 질환의 특정 원인균의 특이적인 유전자를 소형의 고체 기판 위에 동시에 집적한 DNA 칩을 제공함으로써 보다 정확한 진단을 가능하게 하였고, 또한 고체 기판 위에 최대수의 DNA를 집적함과 동시에 많은 수의 검체를 동시에 검사함으로써 최소의 비용과 시간을 투자하여 결과를 분석할 수 있도록 하였다.In the present invention, a more accurate diagnosis is possible by providing a DNA chip in which a specific gene of a specific causative agent of an infectious disease is integrated on a small solid substrate at the same time, and at the same time, a large number of DNA is accumulated on a solid substrate. Simultaneous examination of the specimens provided the minimum cost and time to analyze the results.

기존에 동정하지 않았던 균을 포함하여 임상적으로 중요한 균주의 동정이 동시에 가능하도록 하기 위해 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)균의 ITS와 23S rRNA 염기서열로부터 탐침을 디자인하였다. 23S rRNA는 16S rRNA와 비교해 볼 때, 상대적으로 긴 염기 서열을 가지고 있고, 염기 서열이 잘 보존되어 있는 부분과 각 균만이 특이적으로 가지고 있는 부분들이 고루 분포되어 있기에 모든 균의 23S rRNA를 한쌍의 프라이머로 증폭시킬 수 있는 공통 프라이머와 각 균에 특이적인 탐침을 제작할 수 있는 선택의 폭이 훨씬 넓다. 또한 ITS 부분은 균간의 염기 서열이 너무나 다양하여 탐침에 사용하기에는 매우 용이하다 (참조 : V. Gurtler et al, 3-16, 1996).In order to enable identification of clinically important strains, including those not previously identified, probes were designed from ITS and 23S rRNA sequences of Morganella morganii . Compared with 16S rRNA, 23S rRNA has a relatively long nucleotide sequence, and a well-preserved portion of the nucleotide sequence is distributed evenly among the portions unique to each germ. There is a much wider choice of common primers that can be amplified with primers and probes specific to each organism. In addition, the ITS moiety is so diverse that it is very easy to use for probes (V. Gurtler et al, 3-16, 1996).

이에 따라, 본 발명에서는 임상적으로 중요하면서 아직 염기 서열이 밝혀지지 않은 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)균의 23S rRNA와 ITS 염기 서열을 밝히고, 이들을 이용하여 균종의 구별이 가능한 탐침을 디자인하였다.Accordingly, in the present invention, 23S rRNA and ITS nucleotide sequences of Morganella morganii bacteria, which are clinically important and have not yet been identified, were identified. .

탐침을 얻는 방법은 크게 두 가지가 있다. 첫째, 단일가닥의 탐침을 얻는 방법이다. 가장 대표적인 예로서 자동 화학합성기에서 DMT(dimethoxytrityl) off 방식에 의해 합성하여 탈보호 반응을 시행한 후, 원하는 수의 염기로 이루어진 탐침을 합성할 수 있다. 이렇게 제작된 탐침은 합성시 한 쪽 가닥 말단에 FITC와 같은 형광물질을 부착하여 특정 핵산의 존재유무를 확인할 수 있다. 다른 방법으로는 단일가닥의 DNA를 주형으로 하여 그와 상보적인 염기서열을 가지는 탐침을 만드는 방법으로, 주형의 DNA에 프라이머를 교잡시키고, 그 프라이머로부터 Klenow 효소와 형광물질이 부착된 염기(dNTP)를 사용하여 탐침을 합성하게 된다. 이는 DNA 내부에 형광물질이 부착하게 되므로, 높은 민감도 및 특이성을 갖는 탐침을 합성할 수 있다. 둘째로, 이중가닥의 탐침을 얻는 방법이 있다. Genomic DNA 혹은 plasmid DNA를 특정 제한효소로 절단하여 원하는 부분의 유전자 혹은 염기부분을 포함한 탐침을 얻을 수 있다. Random priming 방법은 6개의 random hexamer와 주형 DNA를 교잡시킨 후, 형광물질이 부착되어 있는 다양한 길이의 탐침을 합성하는 방법이고, 또 다른 방법으로는 DNA의 5'말단에32P를 T4 polynucleotide kinase를 이용하여 옮겨서 형광물질이 부착된 탐침을 합성할 수도 있으며, DNase I을 이용하여 이중가닥의 DNA에 절단부분을 만든 후, 이 DNA를 주형으로 하여 DNA 중합효소 I과 형광물질이 부착된 염기(dNTP)를 사용하여 탐침을 합성할 수 있다. 이렇게 이중가닥으로 합성된 탐침은 변성(denaturation)과정을 거쳐 단일가닥으로 만든 후 혼성화 반응에 사용된다.There are two ways to get a probe. First, a single stranded probe is obtained. As the most representative example, a deprotection reaction may be performed by synthesizing by using a dimethoxytrityl (DMT) off method in an automatic chemical synthesizer, and then a probe having a desired number of bases may be synthesized. The probe thus prepared can be identified by the presence of a specific nucleic acid by attaching a fluorescent material such as FITC at one end of the strand during synthesis. Alternatively, a single-stranded DNA is used as a template to make a probe having a base sequence complementary thereto. A primer is hybridized to the DNA of the template, and the base to which the Klenow enzyme and the fluorescent substance are attached (dNTP) The probe is synthesized using. Since the fluorescent material is attached to the inside of the DNA, it is possible to synthesize a probe having high sensitivity and specificity. Second, there is a way to get a double stranded probe. Genomic DNA or plasmid DNA can be cut with specific restriction enzymes to obtain probes containing genes or bases of desired parts. Random priming is a method of synthesizing template DNA with six random hexamers and then synthesizing probes of various lengths with fluorescent materials attached. Another method is to use a T4 polynucleotide kinase with 32 P at the 5 'end of DNA. It is also possible to synthesize the probe attached to the fluorescent material by using the DNAase, and to make a cleavage portion on the double-stranded DNA by using DNase I, and then, the DNA polymerase I and the base to which the fluorescent material is attached (dNTP) ) Can be used to synthesize probes. This double-stranded probe is used for hybridization after denaturation to make it single-stranded.

탐침과 혼성화 반응을 하는 DNA는 보통 두 종류의 방법으로 제작되어진다. 첫째는, Southern-blot 또는 Northern-blot시 사용되는 방법으로, genomic DNA 혹은 plasmid DNA를 적당한 제한효소로 자른 후 agarose gel 상에서 전기영동을 하여 크기별로 DNA 조각을 분리하여 사용한다. 둘째는, PCR 방법을 이용하여 원하는 부분의 DNA를 증폭시켜 사용하는 방법이다. 이때, 사용하는 PCR 방법을 살펴보면, 포워드와 리버스 프라이머를 동일한 양을 사용해서 증폭시키는 가장 보편화되어 있는 PCR과 프라이머를 비대칭적으로 첨가시켜서 2중 가닥과 단일 가닥의 band를 동시에 얻을 수 있는 비대칭 증폭 방법(Asymmetric PCR), 여러 가지의 프라이머를 넣어서 한꺼번에 증폭시킬 수 있는 Multiplex PCR, 특이적인 4개의 Primer와 Ligase를 이용해 증폭한 후 효소면역볍으로 형광량을 판정하는 LCR(Ligase Chain Reaction)방법, 이 밖에도 Hot-start PCR, Nested PCR, DOP (Degenerate Oligonucleotide Primer) PCR, RT-PCR (Reverse Transcriptiase PCR), Semi-quantitative RT-PCR, Real time PCR, RACE(Rapid Amplification of cDNA Ends), Competitive PCR, STR(short tandem repeats), SSCP(Single Strand Conformation Polymorphism), ISPCR(In Situ Polymerase Chain Reaction), DDRT-PCR(Differential Display Reverse Transcriptase PCR) 등의 방법 등이 있다.DNA that hybridizes with probes is usually produced in two ways. First, Southern-Blot or Northern-Blot method is used to cut genomic DNA or plasmid DNA with appropriate restriction enzymes, and then electrophores on agarose gel to separate DNA fragments by size. The second method is to amplify and use DNA of a desired portion using a PCR method. At this time, looking at the PCR method used, asymmetric amplification method that can obtain the double strand and single strand at the same time by asymmetrically adding the most common PCR and primer to amplify the forward and reverse primer using the same amount (Asymmetric PCR), Multiplex PCR that can be amplified at the same time by putting various primers, LCR (Ligase Chain Reaction) method to determine the amount of fluorescence by enzyme immunity after amplification using 4 specific primers and Ligase, Hot-start PCR, Nested PCR, Degenerate Oligonucleotide Primer (DOP) PCR, Reverse Transcriptiase PCR (RT-PCR), Semi-quantitative RT-PCR, Real time PCR, Rapid Amplification of cDNA Ends (RACE), Competitive PCR, Short tandem repeats (STR), Single Strand Conformation Polymorphism (SSCP), In Situ Polymerase Chain Reaction (ISCR), and Differential Display Reverse Transcriptase PCR (DDRT-PCR).

Hot start PCR이란 온도가 올라가는 데 소요되는 시간까지 생각하여 PCR과정에 끼칠 수 있는 영향을 고려해서 DNA가 변성되기 시작하는 단계의 높은 온도로 PCR을 시작하는 것으로 주로 DNA중합효소를 이용하여 DNA의 일부분을 복제하거나 DNA의 일부를 증폭시켜 원하는 DNA부분을 각 단계마다 두 배로 양을 늘려 원래 DNA보다 많은 양을 증폭시켜 전기영동으로 분석하기 위할 때 사용되는 것으로 원리 및 조건을 살펴보면 DNA의 변성(denaturation)은 90℃∼96℃로 가열하여 두가닥 DNA를 단일가닥 DNA로 분리시키는데 높은 온도일수록 단일가닥 DNA로 잘 이행되지만 온도가 너무 높으면 Taq DNA polymerase 역시 활성도가 낮아질 수 있으므로 보통 94℃로 한다. 첫 Cycle에서는 확실한 변성을 위한 여 약 5분간 지속시킨다. Primer 의 결합(annealing) 에서는 50℃∼65℃에서 진행되는데 염기간의 결합은 G, C의 경우 세 군데에서 수소결합이 일어나고 A, T는 두군데에서 결합이 일어나므로 G+C 비율에 따라 결합 온도에 변화를 주는 것이 좋다. 사실 primer를 만드는 것도 Annealing temperature를 고려하여 합성해야 한다. DNA의 합성(polymerization) 단계에서는 70℃∼74℃에서 시행하며 원하는 PCR 산물의 크기가 크거나 반응요소의 농도가 낮을 때에는 시간을 연장한다. Taq DNA polymerase는 보통 1분에 2,000∼4,000 뉴클레오티드를 합성할 수 있으므로 원하는 PCR 산물의 크기 1 kb마다 1분 정도의 시간을 배당하면 충분히 반응이 일어난다. Cycle이 계속되면서 효소 활성이 감소할 수 있고 DNA 산물은 점점 많이 존재하게 되므로 cycle 후반부에는 반응시간을 조금씩 늘려가는 것도 좋은 방법의 하나이며 마지막 cycle 에는 약 10분 정도 시간을 충분히 주어서 효소의 활성이 충분히 발휘되도록 한다. Nested PCR이란 보통의 PCR이 PCR에서 한 set의 primer(forward 및 reverse)를 사용하는데 비해 nested PCR은 두 set의 primer를 사용하는데서 그 결정적 차이가 있다. 즉, 보통의 PCR이 사용하는 것과 같은 한 종류의 primer set을 사용해서 1차 PCR을 한 후에 nested primer set을 사용하여 다시 PCR을 한다고 해서 nested PCR이라고 부르는 것이다. Nested primer set은 nested PCR에서 사용된 첫번째 primer에 의해 증폭되는 product를 다시 증폭할 수 있는 primer set으로서 첫번째 primer set에 의해 증폭된 DNA의 안쪽 부분을 증폭할 수 있는 primer set을 말한다. 따라서 1차 primer set과 2차 primer set(이것이 nested primer)은 같은 DNA상에 있지만 그 위치가 다른 것이라고 할 수 있다. 꼭 지켜야 하는 것은 1차 primer set에 의해 증폭되는 PCR product가 반드시 2차 primer set에 의해 증폭되도록 primer set이 준비되어야만 한다. 보통의 PCR이 한 set의 primer로만 증폭을 하기 때문에 template의 양이 극단적으로 낮은 경우는 PCR로 증폭하기가 쉽지 않은 반면 nested PCR은 일차로 한 set의 primer를 이용하여 PCR을 한 다음 그 일차 PCR을 nested primer set으로 다시 하기 증폭하기 때문에 template의 양이 극단적으로 낮은 경우라 하더라도 일차 PCR에서 template가 증폭되는 효과로 인해 원하는 증폭결과를 쉽게 얻을 수가 있다. 다음으로 DOP (Degenerate Oligonucleotide Primer )PCR은 새로운 유전자 혹은 유전자 family를 cloning하기 위한 방법 중 하나이다. family내 대부분의 유전자는 구조적으로 유사한 구조를 띈다. 이것은 유사 단백질간 단백질 sequence가 연관되어있다는 것에서도 확인이 된다. 이러한 정보를 기초로 단지 단백질의 아미노산 서열에 관한 정보만을 가지고 있을 때, 얻고자 하는 DNA를 증폭시키기 위하여 아미노산 서열로부터 역으로 유전자의 염기서열을 추정한 degenerate PCR primer를 이용하여 conserved protein motif를 cloning 할 수 있다. Degeneracy는 한 종류의 아미노산이 복수의 codon에 대응하는 현상임으로 어떤 특이한 아미노산 서열을 code하는 유전자의 염기서열을 결정 할 수는 없지만, 가능한 주어진 아미노산을 code한 뉴클레오티드를 모두 조합한 pool을 만들어 primer로 사용한다. DOP PCR로 해결되는 문제들은 특정 단백질을 분리한 후 아미노산 sequence를 밝힌 후 연관 유전자를 cloning하고자 하거나 Human gene을 분리한 후 그와 유사한 gene을 쥐 혹은 초파리에서 분리하고자 할 때 유전자의 진화과정을 연구 시 연관된 종에서 보고자 할 때 유전자 family를 연구할 때 사용된다. 또한 RT-PCR(Reverse Transcription - PCR)이란 특정 부위의 RNA를 template로 하여 이에 상응하는 cDNA(complementary DNA)를 합성한 다음 이를 이용하여 PCR 증폭을 시행하는 기술이며, 실험과정은 1) 역전사효소(reverse transcriptase)를 이용하여 RNA로부터 cDNA를 제조하는 과정과 2) cDNA를 이용하여 특정부위를 증폭시키는 과정으로 나뉘어지며, 2) 과정은 genomic DNA로부터 특정 유전자 부위를 증폭시키는 방법과 같다. 이 방법은 Northern blot hybridization과 같은 방법을 통해 가능하던 RNA 분석보다 실험방법이 더욱 간단할 뿐 아니라 유전자의 염기서열 결정이 가능하기 때문에 주로 mRNA의 염기서열 및 전사량을 연구할 때 크게 도움이 된다. 염기서열이 알려진 유전자의 경우 RT-PCR을 통해서 전체 길이의 cDNA를 간단하게 합성하여 cloning 할 수 있을 뿐만 아니라 RNA검사의 sensitivity를 증가시켰을 뿐 아니라 소량의 RNA로부터 염기서열을 분석할 수 있게 되었다. Semi-quantitative PCR은 각각의 상대적인 양을 densitrometer or Image analysis program을 통해 비교하는 것으로 Semi-quantitative RT-PCR의 경우는 우선 각 sample의 양을 동일하게 한다. 역전사를 한 후, PCR을 수행하게 되는데 이 때 master mix를 만들어서 나눈다. PCR에서는 두 종류의 primer set을 사용해야 하는데 주의해야 하는 것은 각 primer set에 의해 detection되는 band size가 200bp 정도의 미소한 차이로 정도여야 PCR이 실험에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다. PCR cycle 수도 매우 중요한데 무턱대고 cycle 수를 늘리면 어떤 sample에서는 dNTP와 primer가 limiting factor가 되어서 실제 값과는 완전히 다른 결과를 낼 수 있으므로 cycle 수를 20 cycle 정도로 해야 한다. PCR이 끝나면 agarose gel에 걸고 두 band, 즉 일반적으로 positive control로 쓰이는 GAPDH(Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase)와 원하는 target band의 intensity를 모든 sample에 걸쳐 조사한다. 그런 다음전체에 걸쳐 동일한 GAPDH band intensity를 얻으려면 각 sample에서 상대적으로 어느 정도의 양을 취해야 하는지 계산할 수 있다. 이 계산에 따라 agarose gel에 걸면 모든 sample에서 GAPDH band intensity는 동일하게 나타나지만 원하는 target band의 intensity는 sample마다 다르게 나타난다. 더 나아가 target band를 southern blotting으로 정말 그 DNA인지를 보여주면 확실한 정보를 얻을 수 있다. 이렇게 하면 존재하는 target RNA의 상대적인 양을 대략적으로 파악 할 수 있다. 다음으로 Real time PCR의 특징적인 것은 PCR 반응 이후 analysis 과정 없이 핵산의 초기량을 정확히 정량해내는 것이 가능하다는 것이다. Real-time PCR을 하기 위해서는 전체 반응을 monitor하기 위하여 형광 reporter 물질을 사용하기도 하거나 형광 label된 oligonucleotide probe를 사용하는 방법이 있다. 이 경우, 원하는 product에 대한 signal만을 받아들여 정확하게 정량할 수 있다는 장점이 있다. Taq polymerase는 5' exonuclease 기능을 가지고 있으므로 PCR extension 단계에 이미 target 과 결합되어 있던 형광으로 부착된 hybridization probe를 절단해 나가게 된다. 형광 TaqMan assay의 경우, probe의 5' end에는 fluorescein과 같은 reporter dye를 붙이고 3' end에는 quencher 물질인 TAMRA와 같은 또 다른 형광 dye를 label 시킨다. reporter 와 quencher가 20-30bp 길이의 프로브 양쪽 끝에 붙어있는 경우에 light source로부터 빛을 받아 excite 되면 reporter dye로부터 발산된 형광은 quencher에 흡수되어 측정되지 않는다. Taq polymerase가 extension을 하여 미리 결합되어 있던 probe를 만나면 probe를 하나하나 분해하여 reporter가 quencher로 부터 분리되므로 reporter로부터의 형광이 측정된다. 다음으로RACE(Rapid Amplification of cDNA Ends)란 cDNA의 일부 염기서열을 알고 있고, 이 부분에서 gene specific primer를 합성하고 PCR reaction을 통해 5' 혹은 3'-end 까지의 DNA를 증폭하는 것이다. 3'-RACE에서는 mRNA의 3'-end에 존재하는 poly(A) tail을 이용할 수 있으므로, down stream primer로 oligo-(dT) primer를 쓴다. 그러나, 5'-RACE의 경우는 gene specific primer로 합성한 1st single strand cDNA의 끝에 TdT(terminal deoxynucleotidyl transferase)를 사용하여 poly(A) 혹은 poly(C) tail을 인위적으로 만들어 주어야만 한다. 다음으로 Competitive PCR은 "DNA competitor" 또는 "Internal standard"라고 부르는 DNA단편을 이용하는데 이 DNA competitor의 조건은 다음의 3가지를 들 수 있다. 첫번째는 목적 DNA와 같은 primer로 증폭이 가능하다는 점과 PCR 증폭 후 목적 DNA를 구별할 수 있다는 점 마지막으로 농도 또는 양을 알고 있다는 것이다. DNA competitor와 목적 DNA를 동일 반응액 내에서 같은 primer로 동시에 증폭하면 primer간의 경합에 의해 양자의 증폭이 경합적으로 일어나기 때문에 증폭산물량의 비가 주형량의 비를 반영하는 것이 되며, 농도를 알고 있는 competitor와 비교하여 목적 DNA의 양을 추정할 수 있다. 다음으로 STR (short tandem repeats)이란 인간의 염색체내에 있는 tandem repeat sequence로 2∼7개의 염기로 이루어진 짧은 단위가 반복적으로 적게는 1회 많게는 수십 회까지 반복되는 형태의 초변이성 tandem repeat sequence를 칭하며 유전자 좌우로 존재하고 반복횟수는 사람마다 다양하다. 이러한 STR polymorphism은 대립유전자의 수가 매우 많지만, 그 분포는 염색체상의 말단 쪽에 편중되어 있다. 이 polymorphism의 일부는 반복서열의 전후를 PCR로 증폭하여, PCR 산물의 길이 다형성으로 검출 할 수 있다. 이런 특정 염기의 반복은 세대를 거쳐 유전되기 때문에 유전자 감식을 이용한 친자확인에도 이용된다. 다음으로 SSCP(Single Strand Conformation Polymorphism)이란 어떤 입자들의 전기장 내에서의 이동속도는 그 입자의 크기와 형태에 영향을 받는다. 또한 Single strand DNA는 non-denaturing 조건하에서 분자내의 상호작용에 의하여 2차 구조를 형성하게 되는데 이 2차 구조는 DNA의 염기서열에 의하여 결정된다. 그러므로 DNA 염기서열중 하나의 염기서열의 변화(point mutation, deletion 또는 insertion)에 의해서도 전기영동상 전개되는 속도에 영향을 받으므로 이동거리에 차이가 발생하게 된다. 이와 같은 원리를 바탕으로 1989년 Orita 등에 의하여 고안된 SSCP는 유전자의 돌연변이를 검색하는 유용한 도구로서 사용되고 있다. 최초의 SSCP 방법은 genomic DNA를 적당한 제한효소로 절단하고 alkali로 denaturation시킨 후 non-denaturing polyacrylamide gel에서 전기영동한 다음 이를 nylon membrane에 transfer하여 fragment DNA를 옮겨 놓은 후 방사성 동위원소로 표지된(radiolabeled) RNA 혹은 DNA probe를 이용하여 autoradiography를 실시함으로써 X-ray film에 나타나는 정상 유전자와 변이된 유전자와의 전개거리의 차이를 확인하여 돌연변이를 검색하였다. 그러나 그 후 PCR 산물을 SSCP로 분석하는 방법이 소개되었고, 이 방법이 대중화됨에 따라 요즘은 PCR-SSCP라는 용어로 많이 불리어지고 있다. 최근까지는 PCR-SSCP를 할 경우 PCR 산물에 직접 동위원소를 표지하여 autoradiography를 통해 결과를 얻는 방법이 많이 이용되었으나 최근에는 silver staining으로 polyacrylamide gel을 검색하는 방법이 소개되어 현재 이 방법이 유용하게 이용되고 있다. Silver staining 방법은 방사성 동위원소를 사용하지 않고도 훨씬 더 빠른 시간에 PCR 산물을 분석할 수 있는 장점이 있으며 민감도(sensitivity)에는 방사성 동위원소를 이용한 방법과 별 차이가 없으므로 더욱 편리하고 안전하게 실험을 진행할 수가 있게 되었다. 다음으로 ISPCR(In Situ Polymerase Chain Reaction)을 살펴보면 PCR은 원하는 DNA를 대량으로 증폭시키는 방법이고, in situ hybidization (ISH)은 세포나 조직에 존재하는 극미량의 DNA 및 RNA를 찾아낼 수 있음은 물론 원하는 유전자들의 위치까지 확인할 수 있는 방법이다. ISPCR은 이 두 가지 방법의 장점을 혼합하여 응용한 방법으로서 PCR의 sensitivity와 ISH의 specificity를 고루 갖추고 있다. ISPCR의 실험원리는 일반적인 PCR 방법과 같으나, slide glass 등의 사용에 적합한 ISPCR용 기구가 필요하며 사용하는 기구에 따라 반응시키는 방법들이 다양하게 제시되어 있다. ISPCR은 세포내의 target sequence를 증폭시키는 것으로부터 반응이 시작되며 세포막을 통해 여러 물질(예: PCR 용액에 들어 있는 salt 등)들이 쉽게 이동할 수 있도록 세포막을 HCl, protease K 또는 Triton X-100 등으로 처리해 주는 과정을 거쳐야 한다. 이 과정에 이상이 생기면 세포가 손상되거나 파괴되는 수가 있으므로 PCR이 끝난 후에 세포 안에서 증폭된 PCR 산물이 세포 밖으로 빠져 나오는 원인이 되기도 한다. 그러므로 적당한 세제의 적절한 선택과 사용이 무엇보다 중요하며 PCR 산물이 세포 밖으로 유출되는 것을 막기 위해서는 single primer pair with complementary tail, biotinylated dNTPs, multiple overlapping primer pair 등을 이용한 방법등이 있다. 현재까지 ISPCR 방법의 효율은 그다지 높지 못한 것으로 알려져 있으며 specificity를 증가시키기 위해서는 DNA probe를 이용한 in situ hybridization을 시행하거나 Southern blot hybridization을 시행하는 것이 좋은 방법이 된다. 효율이 별로 높지 못한 방법임에도 불구하고 ISPCR에 대한 관심이 최근 크게 증가하고 있는 것은 여러 가지 질병들의 조기 발견에 큰 도움을 받을 수 있을 것으로 기대되기 때문이며, 지금도 여러 회사에서 ISPCR에 유용한 기구들을 제작, 판매하고 있으나 더 좋은 기구의 개발이 이루어져 효율을 더욱 높일 수 있다면 ISPCR이 더욱 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 다음으로 DDRT-PCR(Differential Display Reverse Transcriptase PCR)이란 서로 다른 세포로부터 RNA를 분리한 후 특정하게 발현되는 mRNA를 찾아내기 위하여 T 염기 10개와 비특정염기 2개가 연결된 oligonucleotide를 primer로 이용하여 cDNA를 합성한 후 이 primer와 비특정 염기서열을 지닌 oligonucleotide를 primer로 이용하여 PCR 하였을 때 나타나는 여러가지 PCR 산물을 비교함으로써 서로 다른 세포로부터 증폭된 PCR 산물에 차이가 있는지 없는지를 확인하는 방법이다. 서로 다르게 증폭된 PCR 산물을 선택하여 이와 같이 증폭된 DNA가 특정 세포에서 특징적으로 발현되는 유전자인지를 보는 것으로 subtractive hybridization보다 방법이 훨씬 간단한 것이 장점이지만, 실험의 sensitivity와 specificity가 낮은 것이 단점이다.Hot start PCR refers to the time it takes for the temperature to rise and starts the PCR at a high temperature at which the DNA begins to denature in consideration of the effect on the PCR process. Or DNA amplification, which doubles the amount of the desired DNA at each step to amplify more than the original DNA, and is used to analyze by electrophoresis. Is heated to 90 ℃ ~ 96 ℃ to separate double-stranded DNA into single-stranded DNA. The higher the temperature, the better the single-stranded DNA. However, if the temperature is too high, Taq DNA polymerase may also lower the activity. The first cycle lasts about 5 minutes for definite denaturation. In the annealing of the primer, it proceeds at 50 ℃ ~ 65 ℃, and the bond between bases is hydrogen bond in three places in case of G and C, and the bond occurs in two places in case of A and T. It is good to change. In fact, making primers should be synthesized considering the annealing temperature. In the polymerization step of DNA, it is carried out at 70 ℃ ~ 74 ℃ and the time is extended when the size of the desired PCR product is large or the concentration of reaction element is low. Taq DNA polymerase can synthesize 2,000 to 4,000 nucleotides per minute, so if you allocate a minute or so of time every 1 kb of PCR product, the reaction will take place. As the cycle continues, enzyme activity may decrease and DNA products are more and more present. Therefore, it is a good idea to increase the reaction time little by little in the latter part of the cycle. To be exercised. Nested PCR Nested PCR uses one set of primers (forward and reverse) in PCR, whereas nested PCR uses two sets of primers. In other words, the first PCR using a primer set of the same type used in normal PCR and then the PCR using the nested primer set is called nested PCR. Nested primer set is a primer set that can amplify the product amplified by the first primer used in nested PCR. It is a primer set that can amplify the inner part of the DNA amplified by the first primer set. Thus, the primary and secondary primer sets (which are nested primers) are on the same DNA, but their positions are different. It must be observed that the primer set must be prepared so that the PCR product amplified by the primary primer set is amplified by the secondary primer set. Because normal PCR amplifies only one set of primers, it is not easy to amplify it with PCR when the template is extremely low. Nested PCR performs PCR using one set of primers first and then performs the primary PCR. Since the amplification is performed again with nested primer sets, even if the amount of the template is extremely low, the desired amplification result can be easily obtained due to the effect of amplifying the template in the primary PCR. Next, DOP (Degenerate Oligonucleotide Primer) PCR is one of the methods for cloning a new gene or gene family. Most genes in the family have structurally similar structures. This is also confirmed by the involvement of protein sequences between analogous proteins. Based on this information, only the information about the amino acid sequence of the protein is used. In order to amplify the DNA to be obtained, the cloning of the conserved protein motif is carried out using a degenerate PCR primer that estimates the sequence of the gene inversely from the amino acid sequence. Can be. Degeneracy is a phenomenon in which one type of amino acid corresponds to a plurality of codons, but it is not possible to determine the nucleotide sequence of a gene encoding a specific amino acid sequence. do. Problems solved by DOP PCR can be found in the evolution of genes when a specific protein is isolated, the amino acid sequence is identified, the relevant gene is cloned, or the human gene is isolated and similar genes are isolated from rats or fruit flies. Used to study gene families when looking at related species. In addition, RT-PCR (Reverse Transcription-PCR) is a technique of synthesizing a corresponding cDNA (complementary DNA) by using RNA of a specific site as a template and then performing PCR amplification using the same. Reverse transcriptase) is used to prepare cDNA from RNA and 2) amplify a specific region using cDNA. 2) process is the same as amplifying a specific gene region from genomic DNA. This method is not only simpler than RNA analysis, which is possible through Northern blot hybridization, but also can be used to study the nucleotide sequence and transcription level of mRNA. In the case of genes with known nucleotide sequences, RT-PCR can not only synthesize and cloning full-length cDNAs, but also increase the sensitivity of RNA testing and analyze nucleotide sequences from small amounts of RNA. Semi-quantitative PCR compares each relative quantity by densitrometer or image analysis program. In the case of semi-quantitative RT-PCR, the amount of each sample is the same. After reverse transcription, PCR is performed. At this time, make and mix a master mix. In PCR, two kinds of primer sets should be used, but it should be noted that the band size detected by each primer set should be about 200bp, so that the effect of PCR can be minimized. The number of PCR cycles is also very important. Increasing the number of cycles can be a limiting factor in some samples, resulting in completely different results than the actual values. After PCR, hang on agarose gel and examine the intensity of two bands, GAPDH (Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase), which is generally used as a positive control, and the intensity of the desired target band. Then, to obtain the same GAPDH band intensity throughout, we can calculate how much of each sample should be taken. According to this calculation, the GAPDH band intensity is the same in all samples, but the intensity of the desired target band is different for each sample. Furthermore, the southern blotting of the target band shows that the DNA is really clear. This will give you a rough idea of the relative amount of target RNA present. Next, the characteristic of real time PCR is that it is possible to accurately quantify the initial amount of nucleic acid after the PCR reaction without analysis. For real-time PCR, fluorescence reporter material or fluorescence labeled oligonucleotide probe can be used to monitor the whole reaction. In this case, it has the advantage of being able to accurately quantify the signal for the desired product. Taq polymerase has a 5 'exonuclease function, which cleaves the fluorescence-attached hybridization probe that is already bound to the target in the PCR extension step. In the fluorescent TaqMan assay, the 5 'end of the probe is labeled with a reporter dye such as fluorescein and the 3' end is labeled with another fluorescent dye such as TAMRA, a quencher material. When the reporter and quencher are attached to both ends of the probe with a length of 20-30bp, when the light is excited from the light source, the fluorescence emitted from the reporter dye is absorbed by the quencher and is not measured. When the Taq polymerase is extended and meets the previously bound probe, the probe is decomposed one by one and the reporter is separated from the quencher, so the fluorescence from the reporter is measured. Next, RACE (Rapid Amplification of cDNA Ends) knows some nucleotide sequences of cDNA, synthesizes gene specific primers in this part and amplifies DNA up to 5 'or 3'-end through PCR reaction. In the 3'-RACE, the poly (A) tail in the 3'-end of the mRNA can be used. Therefore, the oligo- (dT) primer is used as the down stream primer. However, in the case of 5'-RACE, the poly (A) or poly (C) tail must be artificially created using TdT (terminal deoxynucleotidyl transferase) at the end of the 1st single strand cDNA synthesized with a gene specific primer. Next, Competitive PCR uses DNA fragments called "DNA competitor" or "Internal standard". The conditions of this DNA competitor are as follows. The first is that it can be amplified by primers like the target DNA, and the target DNA can be distinguished after PCR amplification. If the DNA competitor and the target DNA are amplified simultaneously with the same primer in the same reaction solution, the amplification of both is caused by competition between the primers, so the ratio of the amount of amplification product reflects the ratio of the template amount. The amount of target DNA can be estimated by comparing with competitors. to the next STR (short tandem repeats) is a tandem repeat sequence in the human chromosome and refers to a hypervariable tandem repeat sequence in which a short unit consisting of 2 to 7 bases is repeated at least once or a few dozen times. The number of repetitions that exist and varies from person to person. This STR polymorphism has a large number of alleles, but its distribution is biased towards the end of the chromosome. Some of these polymorphisms can be amplified by PCR amplification before and after the repeat sequence and detected by the length polymorphism of the PCR product. Since the repetition of this particular base is passed down through generations, it is also used for paternity using genetic identification. Next, SSCP (Single Strand Conformation Polymorphism) means that the speed of movement of some particles in the electric field is affected by the size and shape of the particles. In addition, the single strand DNA forms a secondary structure by intramolecular interactions under non-denaturing conditions. The secondary structure is determined by the DNA sequence. Therefore, the difference in movement distance occurs because the rate of electrophoresis is affected by the change (point mutation, deletion or insertion) of one of the DNA sequences. Based on this principle, SSCP, designed by Orita et al. In 1989, is used as a useful tool for detecting mutations in genes. The first SSCP method cuts genomic DNA with a suitable restriction enzyme, denaturates with alkali, electrophoreses in a non-denaturing polyacrylamide gel, transfers it to a nylon membrane, transfers fragment DNA, and is radiolabeled. By performing autoradiography using RNA or DNA probes, mutations were detected by confirming the difference in the development distance between normal and mutated genes on the X-ray film. However, since then, a method of analyzing a PCR product by SSCP was introduced. As this method is popularized, it is now called as PCR-SSCP. Until recently, PCR-SSCP has been used to obtain the results through autoradiography by directly labeling isotopes on PCR products, but recently, a method of searching for polyacrylamide gel by silver staining has been introduced. have. The silver staining method has the advantage of analyzing PCR products in a much faster time without the use of radioisotopes, and the sensitivity is not much different from the method using radioisotopes. It became. Next, if you look at the In Situ Polymerase Chain Reaction (PCSR), PCR is a method of amplifying the desired DNA in a large amount, and in situ hybidization (ISH) can find a very small amount of DNA and RNA in cells or tissues. It is a way to check the location of genes. ISPCR combines the merits of these two methods and has the specificity of PCR sensitivity and ISH. The experimental principle of ISPCR is the same as the general PCR method, but an apparatus for ISPCR suitable for the use of slide glass is required, and various methods of reacting according to the apparatus used are presented. ISPCR starts the reaction by amplifying the target sequence in the cell. The cell membrane is treated with HCl, protease K or Triton X-100 to easily move various substances (e.g. salt in PCR solution) through the cell membrane. The week must go through the process. Abnormalities in this process can damage or destroy cells, which can cause amplified PCR products to exit the cell after PCR. Therefore, proper selection and use of appropriate detergents is the most important, and there are methods using single primer pair with complementary tail, biotinylated dNTPs, and multiple overlapping primer pairs to prevent PCR products from flowing out of the cells. So far, the efficiency of ISPCR method is not known to be very high. In order to increase specificity, in situ hybridization or Southern blot hybridization using DNA probe is recommended. The recent increase in interest in ISPCR, despite its inefficient method, is expected to be of great help in the early detection of various diseases, and many companies are still producing and selling instruments useful for ISPCR. However, if a better mechanism is developed to improve the efficiency, ISPCR is expected to be more useful. Next, DDRT-PCR (Differential Display Reverse Transcriptase PCR) is used to isolate cDNA by using oligonucleotides linked with 10 T-bases and 2 nonspecific bases to isolate mRNAs that are specifically expressed after separating RNA from different cells. After that, this primer and oligonucleotide having a non-specific sequence are used as primers to compare various PCR products that appear when PCR is used to determine whether there is a difference between PCR products amplified from different cells. Selecting differently amplified PCR products to see whether the amplified DNA is a gene that is characteristically expressed in a particular cell is a simpler method than subtractive hybridization, but the disadvantage is that the sensitivity and specificity of the experiment is low.

최근 몇 년 동안은 FISH(Fluorescentin situhybridization)라는 기술이 도입되어 연구되어지고 있는데, 이는 기존의 기술보다 빠르고 간단하면서도 신속하게 결과를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있으나(참조 : G. J. Jansen et al.,J. Clin. Microbiol., 38(2), 814-817, 2000, and A. J. Volkhard et al,J. Clin.Microbiol., 38(2), 2000), 탐침의 세포벽 침투력의 정도 차이, 세포 내의 낮은 리보좀 양, 탐침의 표적 위치에 대한 적합성 여부에 따라 검사 결과의 정확성이 결정되므로, 안정된 결과를 얻어야 할 필요성이 있는 임상 검사로서 행해지기에는 아직까지 많은 문제점을 가지고 있다. 최근 문헌에서는, 리보좀의 고차적인 구조로 인해 탐침과 표적 위치사이에 결합력의 차이가 생겨 200개의 탐침 중 1/3이 20% 미만의 낮은 수준의 시그널을 나타낸다는 사실을 보고하였다(참조 : M. F. Berngard et al.,Appl. Environl Microbiol., 66(8), 3603-3607, 2000). 감염 질환의 원인균을 동정하기 위해 특정 유전자를 선정하는 데 있어서 가장 널리 사용하고 있는 것은 리보좀 RNA이다(참조: R. Amann et al,FEMS Microbiology Reviews, 24, 555-565, 2000). 23S rRNA를 이용하여 프로브를 디자인하여 감염 질환을 빠르게 진단할 수 있는 DNA 칩도 보고된 바 있다(참고 : R. M. Anthony et al,J. Clin. Microbiol., 38(2), 781-788, 2000). 또한, 박테리아의 전체 유전자 혹은 100개 이상의 유전자를 작은 길이로 단편화하여 고형의 지지체위에 고정화시킨 후 균을 동정한 바 있다(참조: J. C. Cho et al.,Appl. Environl Microbiol., 67(8), 3677-3682, 2001, C. A. Molloff et al,J. Mol. Biol, 312, 1-5, 2001, A. E. Murray,Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98(17), 9853-9858, 2001, U. Dobrindt,Current opinion in Microbiol, 4, 550-557, 2001).In recent years, a technique called Fluorescent in situ hybridization (FISH) has been introduced and studied, which has the advantage of being faster, simpler and faster than conventional techniques (see GJ Jansen et al., J. Clin.Microbiol., 38 (2), 814-817, 2000, and AJ Volkhard et al, J. Clin.Microbiol ., 38 (2), 2000), differences in the degree of cell wall penetration of the probe, low in the cell Since the accuracy of the test result is determined by the amount of ribosomes and the suitability of the target position of the probe, there are still many problems to be performed as a clinical test that needs to obtain stable results. Recent literature has reported that the higher order structure of ribosomes results in a difference in binding force between probe and target position, indicating that one third of 200 probes exhibit low levels of less than 20% of the signal (see MF Berngard). et al., Appl. Environl Microbiol. , 66 (8), 3603-3607, 2000). Ribosome RNA is the most widely used in selecting specific genes to identify the causative agents of infectious diseases (R. Amann et al, FEMS Microbiology Reviews , 24, 555-565, 2000). DNA chips have been reported that can be used to design probes using 23S rRNA to rapidly diagnose infectious diseases (RM Anthony et al, J. Clin. Microbiol ., 38 (2), 781-788, 2000). . In addition, microorganisms have been identified after immobilizing all or more than 100 genes of bacteria into small lengths and immobilized on a solid support (JC Cho et al., Appl. Environl Microbiol. , 67 (8), 3677-3682, 2001, CA Molloff et al, J. Mol. Biol , 312, 1-5, 2001, AE Murray, Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 98 (17), 9853-9858, 2001, U Dobrindt, Current opinion in Microbiol , 4, 550-557, 2001).

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

<실시예><Example>

실시예 1Example 1

모르가넬라 모르가니(Morganella morganii) 균주의 23S rRNA, ITS 염기서열 결정23S rRNA, ITS Sequence Determination of Morganella morganii Strains

모르가넬라 모르가니 표준균주(Morganella morganii,ATCC 25830) 균으로부터 QIAmp DNA mini kit (QIAGEN, USA)를 이용하여 chromosome DNA를 추출하였다. 알려져 있는 각 균의 16S rRNA의 염기 서열을 multiple alignment와 BLAST를 실시하여 모든 균에 공통적으로 가지고 있는 염기 서열 부분을 공통 프라이머로 제작했다. 또한, 이미 알려져 있는 23S rRNA의 공통 프라이머(Anthony. R. M., et al.,J. Clin. Microbiol.38(2), 781-788, 2000)를 제작하여 중합효소연쇄반응 (이하 PCR이라 한다) 프라이머로 사용하여 PCR을 수행한 후 산물을 정제 후 DNA auto sequencer(Perkin Elmer, ABI prism 3700 sequencer)로 염기 서열을 결정하였다(서열번호 1). Morganella morgani standard strain (Morganella morganii,ATCC 25830) was used to extract chromosome DNA using a QIAmp DNA mini kit (QIAGEN, USA). The nucleotide sequence of each known bacterium 16S rRNA was subjected to multiple alignment and BLAST to prepare a nucleotide sequence portion common to all bacteria as a common primer. In addition, consensus primers of 23S rRNAs already known (Anthony. R. M., et al.,J. Clin. Microbiol.38 (2), 781-788, 2000) and PCR using primers (hereinafter PCR) primers were purified and the product was purified and purified by DNA auto sequencer (Perkin Elmer, ABI prism 3700 sequencer). The base sequence was determined (SEQ ID NO: 1).

실시예 2Example 2

감염균 동정을 위한 DNA 탐침 제작 및 고정화Preparation and Immobilization of DNA Probes for Identification of Infectious Bacteria

감염균의 존재 여부 및 동정을 확인하기 위해서 유리판 위에 고정화시킬 DNA 단편 탐침을 제작하였다.In order to confirm the presence and identification of infecting bacteria, a DNA fragment probe to be immobilized on a glass plate was prepared.

각 부위의 염기 서열들을 multiple alignment와 BLAST를 통해 비교한 후, 특정 균이 특이적으로 가지고 있는 염기 서열을 검색하여 탐침을 제작하였다. 탐침은 15개의 염기로 구성되도록 제작하였다.After comparing the nucleotide sequences of each site through multiple alignment and BLAST, a probe was prepared by searching for the nucleotide sequences specific to specific bacteria. The probe was constructed to consist of 15 bases.

DNA 탐침을 고정화하기 위해서는 모든 DNA 단편 탐침을 합성할 때, 3' 첫번째 위치에 아미노링커컬럼 (Aminolinker column, Cruachem, Glasgrow, Scotland)을 이용하여 아민기 (amino residue)를 가진 염기를 삽입하였고, 유리판 (slide glass)은 알데히드기(aldehyde residue)로 코팅화되어 있는 것을 구입(CEL Associates, Inc. Huston, Taxas,USA) 하였다. 탐침을 3× SSC (0.45M NaCl, 15mM C6H5Na3O7, pH 7.0) 완충 용액에 용해시킨 상태로 본 실험실에서 자체 제작한 마이크로어레이어(microarrayer)를 이용(참조: Yoon. S. H., et al,J. Microbiol. Biotechnol.10(1), 21-26, 2000)하여 스폿팅한 후, 55% 정도의 습도가 유지되는 조건에서 1시간 이상 화학 반응을 유도하고, 6시간 이상 방치하여 DNA 탐침을 고정화하였다. 균 검색용 탐침은 100μM의 농도로 전체 탐침을 275㎛ 간격을 두고 순서대로 집적화시켜 DNA 칩을 제작하였다.In order to immobilize the DNA probe, when synthesizing all DNA fragment probes, a base having an amino residue was inserted using an aminolinker column (Aminolinker column, Cruachem, Glasgrow, Scotland) at the 3 'first position, and a glass plate was used. Slide glass was coated with an aldehyde residue (CEL Associates, Inc. Huston, Taxas, USA). The probe was dissolved in 3 × SSC (0.45M NaCl, 15mM C 6 H 5 Na 3 O 7 , pH 7.0) buffer solution using a microarray made in-house in our laboratory (see Yoon. SH , et al, J. Microbiol.Biotechnol. 10 (1), 21-26, 2000), and then induce a chemical reaction for at least 1 hour at 55% humidity and leave it for at least 6 hours. DNA probes were immobilized. In the bacteria detection probe, a DNA chip was prepared by integrating all the probes in the order of 275 μm at a concentration of 100 μM.

탐침의 아민기와 유리판 위의 알데히드 사이의 반응이 원활히 이루어져 고정화가 잘 이루어졌는지 확인하기 위해 사이브로 그린 II (SYBRO green II, Molecular Probe, Inc., Leiden, Netherlands) 로 염색하여 확인하였다.In order to confirm that the reaction between the amine group on the probe and the aldehyde on the glass plate was performed smoothly, it was confirmed by staining with SYBRO green II (Molecular Probe, Inc., Leiden, Netherlands).

각각의 표준 균주에서 추출한 유전자를 주형으로 비대칭 증폭 방법(Asymmetric PCR)을 수행하여 단편 유전자를 수행하였다. 단편 유전자는 포워드 프라이머와 리버스 프라이머의 첨가비율을 1 : 5로 차별화 함으로써 한번의 중합효소연쇄반응으로 획득하였다. 이때, 사용한 프라이머는 박테리아류가 공통적으로 가지고 있는 염기 서열 부분이다. PCR 수행시 탐침과 결합한 DNA를 확인하기 위해 Cy3-dUTP를 첨가하여 형광을 통해 결합 여부를 확인함으로써 감염 여부와 감염균의 종류를 알 수 있도록 하였다.Fragment genes were performed by asymmetric PCR (Asymmetric PCR) as a template of the genes extracted from each standard strain. Fragment gene was obtained by one polymerase chain reaction by differentiating the ratio of forward primer and reverse primer to 1: 5. At this time, the primer used is a part of the nucleotide sequence common to bacteria. When PCR was performed, Cy3-dUTP was added to confirm DNA binding with the probe, and the binding was confirmed by fluorescence to determine whether the infection occurred and the type of bacteria.

PCR시 사용한 프라이머는 23S rRNA에 존재하면서 모든 균에 존재하는 염기 서열이다(참조 : Pirkko K. et al.,Clin. Micorbiol.,36(8), 2205-2209). 또한, 이 프라이머로 증폭할 수 없는 부분을 얻기 위해 바이오인포메틱스(Bioinformatics) 방법으로 multialignment, BLAST를 실시하여 프라이머를 디자인하였다. PCR 반응에 사용한 프라이머는 다음과 같다.The primers used for PCR are nucleotide sequences present in 23S rRNA and present in all bacteria (see Pirkko K. et al., Clin. Micorbiol ., 36 (8), 2205-2209). In addition, primers were designed by performing multialignment and BLAST using a bioinformatics method to obtain a portion that cannot be amplified by the primers. Primers used for the PCR reaction are as follows.

프라이머 1 ; 센스 (서열번호 2)Primer 1; Sense (SEQ ID NO: 2)

TTGTACACACCGCCCGTCTTGTACACACCGCCCGTC

프라이머 2 ; 안티센스 (서열번호 3)Primer 2; Antisense (SEQ ID NO: 3)

TTTCGCCTTTCCCTCACGGTACTTTTCGCCTTTCCCTCACGGTACT

프라이머 3 ; 센스 (서열번호 4)Primer 3; Sense (SEQ ID NO: 4)

TTTGGGACCTTAGCTGGTTTGGGACCTTAGCTGG

프라이머 4 ; 안티센스 (서열번호 5)Primer 4; Antisense (SEQ ID NO: 5)

AGTACCGTGAGGGAAAGGAGTACCGTGAGGGAAAGG

프라이머 5 ; 센스 (서열번호 6)Primer 5; Sense (SEQ ID NO: 6)

AGGATGTTGGCTTAGAAGCAAGGATGTTGGCTTAGAAGCA

프라이머 6 ; 안티센스 (서열번호 7)Primer 6; Antisense (SEQ ID NO: 7)

CCCGACAAGGAATTTCGCTACCTTACCCGACAAGGAATTTCGCTACCTTA

PCR 반응은 다음과 같은 조건으로 수행하였다. 처음에는 94℃에서 7분간(denaturation)은 한번 하였다. 두 번째 변성은 94℃에서 1분, 교잡(annealing)은 48℃에서 1 분, 연장(extension)은 72℃에서 2분간 수행하였으며, 이를 10회 반복하였다. 그 후, 다시 세 번째 변성은 94℃에서 1분, 교잡(annealing)은 52℃에서 1 분, 연장(extension)은 72℃에서 2분간 수행하였으며, 이를 30회 반복하였다. 이후 72℃에서 7분간 마지막 연장(extension)을 1회 수행하였다. PCR 반응결과로 생성된 산물은 아가로스 겔 전기영동법(agarose gel electrophoresis)으로 확인하였다. 각 균들에 대해 DNA 이중 가닥과 단편 가닥이 동시에 합성되었음을 확인하였고, 이로써, 균의 동정을 위해 23S rRNA와 ITS를 이용할 경우, 본 발명에서 사용된 프라이머들을 이용하여 모든 박테리아종의 23S rRNA 와 ITS를 증폭할 수 있음을 알 수 있다.PCR reaction was performed under the following conditions. Initially, 7 minutes (denaturation) at 94 ℃ was done once. The second denaturation was performed at 94 ° C. for 1 minute, annealing at 48 ° C. for 1 minute, and extension at 72 ° C. for 2 minutes, which was repeated 10 times. Then, the third denaturation was performed at 94 ° C. for 1 minute, annealing at 52 ° C. for 1 minute, and extension at 72 ° C. for 2 minutes, and this was repeated 30 times. Thereafter, the last extension was performed once at 72 ° C. for 7 minutes. The product produced as a result of the PCR reaction was confirmed by agarose gel electrophoresis. It was confirmed that DNA double strands and fragment strands were synthesized at the same time for each bacterium. Thus, when 23S rRNA and ITS were used to identify bacteria, 23S rRNA and ITS of all bacterial species were detected using the primers used in the present invention. It can be seen that it can be amplified.

실시예 3Example 3

탐침과 분석물과의 반응 및 검사 결과 해석Interaction of probes with analytes and test results

균체로부터 추출한 유전자를 비대칭증폭 방법을 통해 증폭한 후, DNA 칩을 이용하여 검색하여 보았다.The gene extracted from the cells was amplified by asymmetric amplification and searched using a DNA chip.

결합완충용액 (hybridization buffer : 6× SSPE, 20% (v/v) formamide)에 Asymmetric PCR 로 증폭시킨 유전자를 15㎕ 넣어서 총 부피가 200㎕가 되도록 제조한다. 제조된 용액을 탐침이 고정화되어 있는 유리판 위에 분주한 후 probe-clip press-seal incubation chamber (Sigma Co., St. Louis, MO)를 덮은 후, 30℃ shaking incubator에서 6 시간 동안 반응시켜 상보적인 결합을 유도해 보았다.15 μl of the gene amplified by Asymmetric PCR in a hybridization buffer (hybridization buffer: 6 × SSPE, 20% (v / v) formamide) is prepared to have a total volume of 200 μl. After dispensing the prepared solution on the glass plate to which the probe is immobilized, cover the probe-clip press-seal incubation chamber (Sigma Co., St. Louis, MO), and react for 6 hours in a 30 ℃ shaking incubator to complement the binding. Induced.

시간이 경과한 후 3× SSPE (0.45M NaCl, 15mM C6H5Na3O7, pH 7.0), 2× SSPE (0.3M NaCl, 10mM C6H5Na3O7, pH 7.0), 1× SSPE (0.15M NaCl, 5mM C6H5Na3O7, pH 7.0) 순으로 각각 5분씩 세척하였다.After elapse of time 3 × SSPE (0.45M NaCl, 15 mM C 6 H 5 Na 3 O 7 , pH 7.0), 2 × SSPE (0.3M NaCl, 10 mM C 6 H 5 Na 3 O 7 , pH 7.0), 1 SSPE (0.15 M NaCl, 5 mM C 6 H 5 Na 3 O 7 , pH 7.0) was washed for 5 minutes each.

Scanarray 5000 (GSI Lumonics Inc., Bedford, MA) 을 이용하여 검색하였고, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.Scanarray 5000 (GSI Lumonics Inc., Bedford, MA) was used to search and the results were as follows.

선정한 탐침의 특이성과 민감도를 확인하기 위해 총 13개의 표준 균주의 DNA를 대상으로 하여 실험해 보았다. 몇 개의 탐침의 경우 다른 균과 교차 혼성화가 일어났다. 하지만, 대부분은 각 균에 대해서만 특이적으로 결합이 일어났음을 확인할 수 있었다. 도 2의 그림에서 빨간 테두리로 표시된 것은 다른 균과 전혀 교차 혼성화 없이 각 균에 대해서만 특이적으로 결합하는 탐침을 의미한다. 노란 테두리로 표시된 부분은 박테리아에 특이적인 탐침을 의미한다. 따라서, 본 발명에서 디자인한 탐침을 이용하게 되면 임상 검체 내의 균 존재 여부와 함께 어떠한 균에 감염 되었는지를 확인할 수 있다.In order to confirm the specificity and sensitivity of the selected probes, a total of 13 standard strains of DNA were tested. For some probes, cross hybridization with other organisms occurred. However, most of them were confirmed that the binding occurred specifically for each bacteria. Marked with a red border in Figure 2 means a probe that binds specifically to each bacteria without cross hybridization with other bacteria at all. The yellow border indicates the bacteria specific probe. Therefore, by using the probe designed in the present invention, it is possible to confirm which bacteria are infected with the presence of bacteria in clinical specimens.

본 발명에서 확인되어진 탐침의 위치와 염기 서열은 다음과 같다.The position and base sequence of the probe identified in the present invention are as follows.

동정 균주Identification strain 탐침 명칭Probe designation 위치location 염기서열Sequence 서열번호SEQ ID NO: Morganella morganiiATCC 25830 Morganella morganii atcc 25830 Mor2Mor2 ITSITS AAGAACACTCACAGAAAGAACACTCACAGA 88

본 발명은 각 균체에 특이적인 탐침들이 부착되어 있는 감염 질환 원인 균 동정용 DNA 칩은 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)균을 정확하고 신속하게 검출할 수 있다.According to the present invention, the DNA chip for identifying an infectious disease cause bacterium having specific probes attached to each cell can accurately and quickly detect Morganella morganii bacteria.

Claims (3)

서열번호 8의 염기서열을 가지는 DNA 단편.DNA fragment having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8. 제 1항에 있어서, 상기 DNA 단편이 모르가넬라 모르가니(Morganella morganii)균 검출용임을 특징으로 하는 DNA 단편.According to claim 1, wherein the DNA fragment is characterized in that the DNA fragment for the detection of Morganella morganii bacteria. 제 1항의 DNA 단편이 부착된 마이크로어레이.Microarray attached to the DNA fragment of claim 1.
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