KR20180054018A - Glyphosate specific DNA aptamer and Uses Thereof - Google Patents

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KR20180054018A
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양하나
이경아
안지영
조성진
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a glyphosate-specific binding aptamer and a use thereof. The DNA aptamer of the present invention specifically binds to a glyphosate compound which is a herbicide component. The DNA aptamer can be used for detection of glyphosate and can also be applied in various industrial fields as an aptamer capable of being removed and collected.

Description

글리포세이트 특이 결합 앱타머 및 이의 용도{Glyphosate specific DNA aptamer and Uses Thereof}Glyphosate specific binding aptamers and their uses {Glyphosate specific DNA aptamer and Uses Thereof}

본 발명은 글리포세이트 특이 결합 앱타머 및 이의 용도에 관한 것이다. The present invention relates to glyphosate-specific binding aptamers and uses thereof.

글리포세이트(glyphosate)는 아미노포스포네이트 계열의 비선택적인 발아 후 제초제 중 하나로 몬산토 사에서 1970년에 개발된 이후 미국을 비롯한 전 세계에서 널리 사용되고 있다. 이는 인간을 포함한 포유류에는 존재하지 않는 5 - 에놀피루빌쉬키메이트 - 3 - 포스페이트 (5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate(EPSP)) 효소의 기질 포스포에놀피루베이트(phosphoenolpyruvate)가 결합할 부위에 경쟁적 저해제로서 작용하며 식물 내에서 합성되는 티로신, 트립토판, 페닐알라닌 등 방향족 아미노산의 합성을 저해하여 식물의 대사를 방해한다. Glyphosate is one of the aminophosphonate-type non-selective germination herbicides and has been widely used in the United States and other countries since its development in 1970 in Monsanto. This is because competitive phosphoenolpyruvate binds to the substrate of the 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate (EPSP) enzyme that is not present in mammals, including humans, It acts as an inhibitor and inhibits the synthesis of aromatic amino acids such as tyrosine, tryptophan, and phenylalanine synthesized in plants, thereby inhibiting plant metabolism.

또한 약제 살포 시 접촉 부위만 대사가 방해되는 것이 아니고 잎, 줄기, 뿌리를 포함한 모든 식물체 내로 흡수되어 식물 전체의 대사와 생장을 저해한다. 글리포세이트는 선택적 제초제가 아니므로 작물을 포함한 모든 식물을 사멸시키나, 작물에 글리포세이트 내성을 나타내는 EPSP 효소 유전자를 재조합시키면 이 식물은 글리포세이트가 침투해도 작용할 수 없는 효소를 가지고 있기 때문에 방향족 아미노산 합성이 정상적으로 이루어져 대사에 아무 이상 없이 생존할 수 있다. In addition, when spraying medicine, contact area is not obstructed by metabolism but absorbed into all plants including leaves, stems and roots, and inhibits metabolism and growth of whole plant. Since glyphosate is not an optional herbicide, all plants including crops are killed, but when recombinant EPSP enzyme gene which shows glyphosate resistance in crops has an enzyme that can not work even if glyphosate penetrates, The amino acid synthesis is normal and can survive without any abnormality in metabolism.

글리포세이트는 포유류에 미미한 독성을 가지며, 상기에서 언급한 바 효과적으로 식물을 고사시킬 수 있어 광범위하게 사용되는 제초제이다. 특히 전세계적으로 기후가 변화하며 작물 이외 식물의 이전과 다른 빠른 성장과 번식으로 인해 제초제가 다량 사용되고 있으며, 이외에도 식물이 고사한다는 특징을 이용한 밀의 수확 후 건조를 위해 사용되고 있다. 그러나 글리포세이트의 다량 사용은 토양과 토양 유출 수 및 지하수에 잔류하며 환경오염을 야기한다. 글리포세이트와 이의 중간 대사산물인 아미노메틸포스포닉산(AMPA)은 토양에 강하게 흡착되는 성질을 가지며, 광분해가 매우 느려 토양이나 수질 환경 속에 잔존할 수 있어 환경 속에 존재하는 미생물이나 식물에 유해성을 나타낼 수 있다. 더 나아가 그 환경 속에 서식하고 있는 동물 및 생태계에도 영향을 미칠 수 있다.Glyphosate is a herbicide that has little toxicity to mammals, and as mentioned above, can be effectively used to kill plants and is widely used. Especially, the climate is changed all over the world and herbicides are being used in large quantities due to the transfer of plants other than crops and other rapid growth and propagation. However, large amounts of glyphosate remain in soil and soil runoff and groundwater, causing environmental pollution. Glyphosate and its intermediate metabolite, aminomethylphosphonic acid (AMPA), are highly adsorbed on the soil and can remain in the soil or water environment because of the very slow photodegradation, making them harmful to microorganisms and plants in the environment. . Furthermore, it can affect the animals and ecosystems inhabiting the environment.

또한 최근 연구에 따르면 인간을 포함한 포유류에 악영향을 끼칠 수 있다고 알려져 있다. 살포된 지역의 대기, 식수, 농작물, 농업 노동자들의 혈액과 소변 등이나 임산부의 모유에서 글리포세이트가 검출되었다는 연구 결과가 존재한다. 이는 글리포세이트의 체내 흡수 가능성을 보여주며, 장기간 섭취 혹은 노출 시 혈액 암을 비롯한 각종 암, 혹은 DNA와 염색체 이상, 자폐증, 간 및 신장 독성, 폐렴 등, 여성의 경우 글리포세이트의 장기 섭취로 인해 기형아 출산, 유산 등의 원인이 될 수 있다. 또한 2015년 3월 세계보건기구(WHO)에서 글리포세이트를 발암가능물질로 분류했다.Recent studies have also shown that mammals, including humans, can be adversely affected. Studies have found that glyphosate has been detected in the air, water, crops, and agricultural workers' blood and urine in the sprayed area, and in the breast milk of pregnant women. This shows the possibility of absorption of glyphosate into the body, and it is possible that long-term ingestion or exposure to various cancers such as blood cancer, or DNA and chromosome aberration, autism, liver and kidney toxicity, pneumonia and long term ingestion of glyphosate Which may cause birth defects and miscarriages. In March 2015, the World Health Organization (WHO) classified glyphosate as a carcinogen.

이러한 영향이 있지만, 우리나라를 포함한 다수의 국가에서 글리포세이트에 대한 사용 규제 및 잔류기준 등의 체계적인 관리방안이 확립되어 있지 않은 실정이다. 따라서 토양 환경과 수 환경 속 글리포세이트의 잔여 정도와 오염 상태를 측정하여 글리포세이트를 관리하기 위한 새로운 소재 개발 및 환경 모니터링 기술의 필요성이 대두되고 있다.Although there are such influences, systematic management methods such as use restriction and residual standard for glyphosate have not been established in many countries including Korea. Therefore, there is a need for new material development and environmental monitoring technology for managing glyphosate by measuring residual level and contamination of soil environment and glyphosate in water environment.

기존의 글리포세이트 검출 방법은 HPLC와 같은 분석기기를 이용하거나 ELISA 혹은 Western Blot과 같은 전문성이 요구되는 실험이 있다. HPLC를 이용한 분석법은 검체에 물과 클로로폼(chloroform)을 가하고 고속 마쇄 추출 후 원심 분리하고, 수용성 상층액 중 일부만 취하여 감압 농축하고 강산성 cation-exchange chromatography를 이용하여 정제한다. 용출액은 감압 농축하고 borate buffer 하에 (9-fluorenylmethyl) chloroformate (FMOCl)와 반응시켜 형광유도체를 생성한 후 HPLC/FLD로 분석한다. 기존의 검출법은 기기를 이용하므로 쉬운 조작으로 현장에서 즉석으로 글리포세이트 잔류 여부를 확인할 수 없고, 검체에 따른 시험법이 적다는 단점과 시험용액을 각기 조제해야하는 번거로움 및 시험용액 제조 시 글리포세이트의 손실이 우려되는 단점이 있다.Conventional glyphosate detection methods include analytical instruments such as HPLC or experiments requiring expertise such as ELISA or Western Blot. HPLC is performed by adding water and chloroform to the sample, centrifuging after high-speed grinding and extracting a part of the aqueous supernatant, concentrating it under reduced pressure, and purifying it using strongly acidic cation-exchange chromatography. The eluate is concentrated under reduced pressure and reacted with 9-fluorenylmethyl chloroformate (FMOCl) in borate buffer to produce a fluorescent derivative, which is analyzed by HPLC / FLD. The conventional detection method can not confirm the presence of glyphosate on the spot because it is easy to use because it is easy to use in the field. It has a disadvantage that the test method according to the sample is not enough and troublesome to prepare each test solution, There is a disadvantage that loss of sate is a concern.

대한민국 특허등록 제10-1050421호Korean Patent Registration No. 10-1050421 대한민국 특허등록 제10-1569442호Korean Patent Registration No. 10-1569442

상기와 같은 글리포세이트 검출 기법의 문제점들을 해결하고 보안하기 위하여 본 발명자들은 온도와 pH 등 환경에 안정적인 앱타머 소재를 사용하여 글리포세이트를 빠르고 간편하게 검출할 수 있는 진단용 물질을 제조할 수 있다는 사실을 확인하고 본 발명을 완성하였다.In order to solve and secure the above problems of the glyphosate detection technique, the inventors of the present invention have found that a diagnostic material capable of quickly and easily detecting glyphosate can be produced by using an aptamer material stable in environment such as temperature and pH And completed the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 서열번호 1 내지 서열번호 8에 기재된 염기서열 중 어느 하나를 포함하는, 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a DNA aptamer that specifically binds to glyphosate, which comprises any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 1 to 8.

또한, 본 발명의 목적은 상기 DNA 앱타머를 포함하는 글리포세이트의 검출, 회수 또는 제거용 조성물을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a composition for detecting, recovering or removing glyphosate comprising the DNA aptamer.

또한, 본 발명의 목적은 상기 DNA 앱타머를 포함하는 글리포세이트 검출 또는 제거용 키트를 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a kit for detecting or removing glyphosate comprising the DNA aptamer.

또한, 본 발명의 목적은 서열번호 1 내지 8로 표시되는 폴리뉴클레오티드를 가지는 DNA 앱타머 중 1종 이상의 DNA 앱타머가 고정화된 기판을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a substrate on which at least one DNA aptamer among DNA aptamers having polynucleotides of SEQ ID NOS: 1 to 8 is immobilized.

또한, 본 발명의 목적은 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 서열번호 1 내지 서열번호 8의 염기서열로 이루어진 군 중 선택된 어느 하나의 염기서열을 갖는 글리포세이트 결합 DNA 앱타머를 고정시킨 컬럼 시스템을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a column system in which a glyphosate-linked DNA aptamer having any one selected from the group consisting of the nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 1 to 8 specifically binding to glyphosate is immobilized .

또한, 본 발명의 목적은 (a) 글리포세이트를 함유하는 것으로 의심되는 시료와 제1항의 DNA 앱타머를 접촉시키는 단계; 및 (b) 글리포세이트와 DNA 앱타머의 결합 여부를 확인하는 단계를 포함하는, 글리포세이트를 검출하는 방법을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a method for the detection of glyphosate, comprising the steps of: (a) contacting a sample suspected of containing glyphosate with the DNA aptamer of claim 1; And (b) determining whether the glyphosate and the DNA aptamer are bound to each other, and a method for detecting glyphosate.

또한, 본 발명의 목적은 (a) 글리포세이트를 함유하는 것으로 의심되는 시료와 제1항의 DNA 앱타머를 접촉시켜 글리포세이트 및 DNA 앱타머의 복합체를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 복합체를 제거하는 단계를 포함하는, 글리포세이트를 제거하는 방법을 제공하는 것이다. Also, an object of the present invention is to provide a method for preparing a glyphosate-DNA aptamer comprising: (a) contacting a sample suspected of containing glyphosate with the DNA aptamer of claim 1 to form a complex of glyphosate and DNA aptamer; And (b) removing the complex. The present invention also provides a method for removing glyphosate.

나아가 본 발명은 (a) PCR 증폭을 통해 DNA 라이브러리를 생성하는 단계;(b) 상기 증폭된 DNA 라이브러리를 대상으로 비대칭 PCR 기법을 이용하여ssDNA를 선별하는 단계;(c) 글리포세이트가 고정된 센서 칩을 준비하는 단계; 및 (d) 상기 센서 칩을 이용 SELEX(Systemic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) 기법을 통해 글리포세이트에 결합하는 DNA 앱타머를 분리하는 단계를 포함하는, 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머의 제조방법을 제공하는 것이다. (B) selecting the ssDNA using the asymmetric PCR technique for the amplified DNA library; (c) selecting the ssDNA using the asymmetric PCR technique; (c) Preparing a sensor chip; And (d) separating the DNA aptamer binding to the glyphosate through SELEX (Systemic Evolution of Ligand by Exponential Enrichment) technique using the sensor chip. And to provide a method of manufacturing a tamer.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1 내지 서열번호 8에 기재된 염기서열 중 어느 하나를 포함하는, 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a DNA aptamer that specifically binds to glyphosate, which comprises any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 1 to 8.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 DNA 앱타머는 표지물질을 더 포함하여 구성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the DNA aptamer may further comprise a labeling substance.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 표지물질은 형광물질, 바이오틴, 스트렙트아비딘, 아민기, 바이오틴 및 는 티올기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 표지물질이 상기 DNA 앱타머의 5'말단 또는 3'말단에 표지될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the labeling substance is a labeling substance selected from the group consisting of a fluorescent substance, biotin, streptavidin, an amine group, biotin and a thiol group, 3 ' terminal.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 DNA 앱타머는 상기 DNA 앱타머를 구성하는 하나 이상의 뉴클레오타이드의 리보스 2' 위치의 하이드록시기가 수소원자, 불소원자, -OR, -COOR 및 아미노기로 이루어진 군 중 어느 하나로 치환될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the DNA aptamer is selected from the group consisting of a hydrogen atom, fluorine atom, -OR, -COOR, and amino group in the hydroxy group of the ribose 2 'position of one or more nucleotides constituting the DNA aptamer One can be substituted.

또한, 본 발명은 상기 DNA 앱타머를 포함하는 글리포세이트의 검출, 회수 또는 제거용 조성물을 제공한다. The present invention also provides a composition for detecting, recovering or removing glyphosate comprising the DNA aptamer.

또한, 본 발명은 상기 DNA 앱타머를 포함하는 글리포세이트 검출 또는 제거용 키트를 제공한다. The present invention also provides a kit for detecting or removing glyphosate comprising the DNA aptamer.

또한, 본 발명은 서열번호 1 내지 8로 표시되는 폴리뉴클레오티드를 가지는 DNA 앱타머 중 1종 이상의 DNA 앱타머가 고정화된 기판을 제공한다. The present invention also provides a substrate on which at least one DNA aptamer among the DNA aptamers having the polynucleotides of SEQ ID NOS: 1 to 8 is immobilized.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 기판은 마이크로티터 플레이트(microtiter plate), 비드(bead), 멤브레인(membrane) 또는 칩(chip)일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the substrate may be a microtiter plate, a bead, a membrane, or a chip.

또한, 본 발명은 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 서열번호 1 내지 서열번호 8의 염기서열로 이루어진 군 중 선택된 어느 하나의 염기서열을 갖는 글리포세이트 결합 DNA 앱타머를 고정시킨 컬럼 시스템을 제공한다. Also, the present invention provides a column system in which a glyphosate-linked DNA aptamer having any one selected from the group consisting of nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 1 to 8 specifically binding to glyphosate is immobilized do.

또한, 본 발명은 (a) 글리포세이트를 함유하는 것으로 의심되는 시료와 제1항의 DNA 앱타머를 접촉시키는 단계; 및 (b) 글리포세이트와 DNA 앱타머의 결합 여부를 확인하는 단계를 포함하는, 글리포세이트를 검출하는 방법을 제공한다. The present invention also relates to a method for screening a glycoprotein comprising: (a) contacting a sample suspected of containing glyphosate with the DNA aptamer of claim 1; And (b) determining whether the glyphosate and the DNA aptamer are bound to each other.

또한, 본 발명은 (a) 글리포세이트를 함유하는 것으로 의심되는 시료와 제1항의 DNA 앱타머를 접촉시켜 글리포세이트 및 DNA 앱타머의 복합체를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 복합체를 제거하는 단계를 포함하는, 글리포세이트를 제거하는 방법을 제공한다. (A) contacting a sample suspected of containing glyphosate with the DNA aptamer of claim 1 to form a complex of glyphosate and DNA aptamer; And (b) removing the complex. ≪ Desc / Clms Page number 5 >

나아가 본 발명은 (a) PCR 증폭을 통해 DNA 라이브러리를 생성하는 단계;(b) 상기 증폭된 DNA 라이브러리를 대상으로 비대칭 PCR 기법을 이용하여 ssDNA를 선별하는 단계; (c) 글리포세이트가 고정된 센서 칩을 준비하는 단계; 및 (d) 상기 센서 칩을 이용 SELEX(Systemic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) 기법을 통해 글리포세이트에 결합하는 DNA 앱타머를 분리하는 단계를 포함하는, 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of amplifying a DNA library comprising the steps of: (a) generating a DNA library through PCR amplification; (b) selecting ssDNA using the asymmetric PCR technique; (c) preparing a sensor chip to which the glyphosate is immobilized; And (d) separating the DNA aptamer binding to the glyphosate through SELEX (Systemic Evolution of Ligand by Exponential Enrichment) technique using the sensor chip. A method of manufacturing a tamer is provided.

본 발명의 DNA 앱타머는 제초제 성분인 화합물 글리포세이트와 특이적으로 결합하는 특성을 가진다. 본 발명의 DNA 앱타머를 이용하여 글리포세이트 검출에 활용할 수 있으며, 나아가 제거 및 회수도 가능한 앱타머로 다양한 산업 분야에 적극 활용할 수 있는 효과가 있다. The DNA aptamer of the present invention has a property of specifically binding to a compound glyphosate as a herbicide component. The DNA aptamer of the present invention can be utilized in the detection of glyphosate and further can be removed and recovered.

도 1은 글리포세이트 특이 앱타머 선별을 위해 진행한 SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 단일 가닥 DNA 앱타머 제작 과정 중 전기영동 결과 사진이다. 제작 과정 중 획득한 dsDNA 및 ssDNA를 12% PAGE gel 상에 전개시킨 뒤 브로민화 에티듐(Ethidiumbromide, EtBr)로 염색한 뒤 UV 하에 관찰하였다.
레인 M : 100 bp DNA ladder (elpis).
레인 1 : PCR 산물
레인 2 : PCR 정제 산물
레인 3 : 비대칭 PCR 산물
레인 4 : 스트렙트아비딘 처리, PCI 처리 및 에탄올 침전으로 확보한 ssDNA
도 3은 총 9회의 SELEX 라운드를 마친 뒤 매 라운드 별 회수한 DNA를 미소 분광광도계(microspectrophotometer)를 통해 측정한 값을 회수율로 표현하여 막대 그래프로 나타낸 그래프이다. 네가티브 선별 이후 시행된 라운드 중 앱타머 회수율이 높은 라운드는 별 도형을 표기하여 나타내었다.
도 4는 앱타머 - 항체 샌드위치 ELISA 기법을 표현한 도면이다. 스트렙트아비딘으로 코팅된 플레이트 상에 바이오틴화 앱타머를 고정하였으며, 이와 결합한 글리포세이트에 닭 추출 글리포세이트 표적 항체가 결합하고, 그 위로 토끼 추출 닭 표적 항체가 결합하였다. 2차 항체에 부착된 겨자무과산화수소 (HRP, horseradish peroxidase)의 기질인 Tetramethylbenzidine (TMB, Biolegend, US)가 반응하여 발색을 나타내며, 반응 중단 용액인 황산 첨가 후 발색 반응을 나타냄을 의미한다.
도 5는 Rensselear polytechnic institute에서 제공하는 DNA mfold 프로그램을 이용하여 앱타머의 3차원 구조를 예측한 결과이다.
도 6은 총 32종의 앱타머 후보군 중 앱타머-항체 샌드위치 ELISA 기법을 통해 높은 발색을 나타내었던 앱타머 8종의 발색 정량화를 막대로 나타낸 그래프이다. 비교대상으로는 기판에 고정된 앱타머에 닭 추출 글리포세이트 표적 항체 및 토끼 추출 닭 표적 항체를 처리한 것을 이용하였다.
도 7은 SPR 기법을 통해 얻은 각 앱타머별 글리포세이트 및 비교대상 간의 친화력을 수치화한 후 막대로 나타낸 그래프이다.
도 8은 최종 글리포세이트 특이 결합 앱타머인 Gly 8과 글리포세이트 농도 별 친화력을 SPR 기법을 통해 해리상수로 얻어낸 뒤 이를 막대그래프로 나타내었다.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) process for selecting a glyphosate-specific aptamer.
FIG. 2 is a photograph of the result of electrophoresis in a single-stranded DNA aptamer production process. The dsDNA and ssDNA obtained during the fabrication process were developed on 12% PAGE gel, stained with ethidium bromide (EtBr) and observed under UV.
Lane M: 100 bp DNA ladder (elpis).
Lane 1: PCR products
Lane 2: PCR purified product
Lane 3: Asymmetric PCR products
Lane 4: ssDNA secured by streptavidin treatment, PCI treatment and ethanol precipitation
FIG. 3 is a bar graph showing recovery values of DNA recovered per round after a total of 9 SELEX rounds measured using a microspectrophotometer. During the round after the negative selection, rounds with a high rate of recovery of the app tamer were indicated by star figures.
Figure 4 is a representation of an Aptamer-antibody sandwich ELISA technique. A biotinylated aptamer was immobilized on a plate coated with streptavidin. Chicken extract glyphosate target antibody bound to the glyphosate bound thereto, and the rabbit-extracted chicken target antibody bound thereto. (TMB, Biolegend, US), a substrate of HRP (horseradish peroxidase) attached to the secondary antibody, reacts to color, indicating a color reaction after addition of sulfuric acid as a stop solution.
FIG. 5 shows the result of predicting the three-dimensional structure of the aptamer using the DNA mfold program provided by the Rensselear polytechnic institute.
FIG. 6 is a bar graph showing the quantitation of coloration of eight aptamers exhibiting high color through the aptamer-antibody sandwich ELISA technique among a total of 32 types of aptamer candidates. As a comparative example, an aptamer immobilized on a substrate was treated with chicken extract glyphosate target antibody and rabbit-extracted chicken target antibody.
FIG. 7 is a bar graph showing the affinity between the glyphosate and the comparative subject obtained by the SPR technique.
FIG. 8 shows affinity of Gly 8, which is a final glyphosate-specific binding aptamer, and glyphosate concentration as a dissociation constant by using SPR technique, and is shown by a bar graph.

글리포세이트 분자와 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머DNA aptamers that specifically bind to glyphosate molecules

본 발명은 글리포세이트 분자와 특이적으로 결합하는 DNA 올리고뉴클레오타이드에 관한 것이다.The present invention relates to a DNA oligonucleotide that specifically binds to a glyphosate molecule.

본 명세서에서 용어 "DNA 앱타머"는 특정 분자에 고친화성 및 특이성으로 결합할 수 있는 DNA 핵산 분자를 의미한다. 본 명세서에서 "DNA 앱타머"는 "DNA 올리고뉴클레오타이드"와 혼용하여 사용한다.The term "DNA aptamer" as used herein refers to a DNA nucleic acid molecule capable of binding with high affinity and specificity to a specific molecule. In the present specification, "DNA aptamer" is used in combination with "DNA oligonucleotide".

본 명세서에서 용어 "올리고뉴클레오타이드"는 일반적으로 길이가 약 200개 미만을 갖는 뉴클레오타이드 중합체를 지칭하며, 이에는 DNA 및 RNA가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 DNA 핵산 분자이다. 뉴클레오타이드는 데옥시리보뉴클레오타이드, 리보뉴클레오타이드, 변형된 뉴클레오타이드 또는 염기 및/또는 이들의 유사체, 또는 DNA 또는 RNA 폴리머라제에 의해 또는 합성 반응에 의해 중합체 내로 도입될 수 있는 모든 기질일 수 있다. 뉴클레오타이드 구조에 대한 변형이 존재하는 경우, 이러한 변형은 올리고뉴클레오타이드 중합체의 합성 전에 또는 후에 추가될 수 있다. 뉴클레오타이드 서열은 비-뉴클레오타이드 성분에 의해 중단될 수 있다. 올리고뉴클레오타이드는 합성 후에, 예를 들어 표지와의 결합에 의해 추가로 변형시킬 수 있다.The term "oligonucleotide" as used herein generally refers to a nucleotide polymer having less than about 200 lengths, including DNA and RNA, preferably DNA nucleotide molecules. The nucleotide can be any substrate that can be introduced into the polymer by deoxyribonucleotides, ribonucleotides, modified nucleotides or bases and / or their analogs, or by DNA or RNA polymerases or by synthetic reactions. If a modification to the nucleotide structure is present, such modification may be added before or after the synthesis of the oligonucleotide polymer. The nucleotide sequence may be terminated by a non-nucleotide component. The oligonucleotides can be further modified after synthesis, for example by binding with a label.

본 발명의 DNA 앱타머는 전형적으로는 표적 분자의 결합에 대한 시험관내 선택법에 의해 얻을 수 있다. 표적 분자에 특이적으로 결합하는 앱타머를 선택하는 방법은 당 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, 유기 분자, 뉴클레오타이드, 아미노산, 폴리펩타이드, 세포 표면상의 마커분자, 이온, 금속, 염, 다당류가 각 리간드에 특이적으로 결합할 수 있는 앱타머를 분리하는 적절한 표적 분자가 될 수 있다. 앱타머의 선별은 SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) 방법으로 공지된 생체 내 또는 시험관 내 선택 기술을 이용할 수 있다 (Ellington et al., Nature 346, 818-22, 1990; 및 Tuerk et al., Science 249, 505-10, 1990). 앱타머의 선별 및 제조에 대한 구체적인 방법은 미국특허 5,582,981, WO 00/20040, 미국특허 5,270,163, Lorsch and Szostak, Biochemistry, 33:973 (1994), Mannironi et al.,Biochemistry 36:9726 (1997), Blind, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96:3606-3610 (1999), Huizenga and Szostak, Biochemistry, 34:656-665 (1995), WO 99/54506, WO 99/27133, WO 97/42317 및 미국특허 5,756,291에 기재되어 있으며, 상기 문헌들은 본 명세서에 참조로써 삽입된다.The DNA aptamers of the present invention are typically obtained by in vitro selection for binding of the target molecule. Methods for selecting an aptamer that specifically binds to a target molecule are known in the art. For example, organic molecules, nucleotides, amino acids, polypeptides, marker molecules on a cell surface, ions, metals, salts, polysaccharides can be suitable target molecules for separating aptamers that can specifically bind to each ligand . Selection of the aptamer can utilize in vivo or in vitro selection techniques known by the SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) method (Ellington et al., Nature 346, 818-22, 1990; and Tuerk et al. , Science 249, 505-10, 1990). Specific methods for screening and manufacturing the aptamer are described in U.S. Patent 5,582,981, WO 00/20040, U.S. Patent 5,270,163, Lorsch and Szostak, Biochemistry, 33: 973 (1994), Mannironi et al., Biochemistry 36: 9726 Blind, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96: 3606-3610 (1999), Huizenga and Szostak, Biochemistry, 34: 656-665 (1995), WO 99/54506, WO 99/27133, WO 97/42317 and U.S. Patent 5,756,291, Are incorporated herein by reference.

본 발명의 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머는 바람직하게는 서열목록 제 1 서열 내지 제 8 서열 중 어느 하나에 개시된 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오타이드이다. 한편, 본 발명의 서열목록 제 1 서열 내지 제 8 서열의 DNA 앱타머는 본 명세서 도 5 에 도시된 2차 구조를 형성할 것으로 추정된다.The DNA aptamer specifically binding to the glyphosate of the present invention is preferably an oligonucleotide having a nucleotide sequence as set forth in any one of Sequence Listing Nos. 1 to 8. On the other hand, the DNA aptamers of the first to eighth sequences of the present invention are presumed to form the secondary structure shown in Fig. 5 herein.

또한, 본 발명의 글리포세이트 분자에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머는 글리포세이트 분자와 결합하는 특성을 유지하면서, 상기 서열목록 제 1 서열 내지 제 8 서열 중 어느 하나의 염기서열과 실질적인 동일성을 나타내는 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오타이드도 포함하는 것으로 해석된다.In addition, the DNA aptamer specifically binding to the glyphosate molecule of the present invention has substantially the same identity with the nucleotide sequence of any one of SEQ ID NOS: 1 to 8 while retaining the property of binding to the glyphosate molecule But also oligonucleotides having the nucleotide sequences shown therein.

상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 뉴클레오타이드 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘 (Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2:482 (1981) Needleman and Wunsch, J.Mol. Bio. 48:443 (1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. 24: 307-31 (1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237-44 (1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151-3 (1989); Corpet et al., Nuc. Acids Res. 16:10881-90 (1988); Huang et al., Comp. Appl. BioSci. 8:155-65 (1992) and Pearson et al., Meth. Mol. Biol. 24:307-31 (1994))을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 90의 동일성, 보다 바람직하게는 최소 95의 동일성, 가장 바람직하게는 최소 98의 동일성을 나타내는 뉴클레오타이드 서열을 의미한다.The above-mentioned substantial identity is determined by aligning the nucleotide sequence of the present invention with any other sequence as much as possible and using an algorithm commonly used in the art (Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2: 482 Hewgins and Sharp, Gene 73: 237-44 (1988), pp. 243-47 (1988); Hewlett-Packard et al. ; Higgins and Sharp, CABIOS 5: 151-3 (1989); Corpet et al., Nuc Acids Res. 16: 10881-90 (1988); Huang et al., Comp. (At least 90 identical, more preferably at least 95 identical, more preferably at least 95 identical, , And most preferably at least 98 nucleotides in length.

글리포세이트와Glyphosate and 특이적으로 결합하는  Specifically binding 앱타머를AppTamer 활용한  Utilized 글리포세이트Glyphosate 검출 detection

본 발명은 글리포세이트 분자에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머를 기반으로 하는 글리포세이트 검출을 위한 조성물 및 방법을 제공한다. 본 발명의 글리포세이트 검출은 글리포세이트 분자 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머의 복합체를 검출하는 방법에 기초한다. 복합체의 검출을 용이하게 하기 위해 본 발명의 글리포세이트 분자와 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머를 형광물질, 예를 들어 플루오레세인 (fulorescein) Cy3 또는 Cy5, 방사성물질 또는 화학물질, 예를 들어 비오틴 (biotin)으로 표지되거나 1차 아민 (primary amine)으로 변형된 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다.The present invention provides compositions and methods for glyphosate detection based on DNA aptamers that specifically bind to glyphosate molecules. The glyphosate detection of the present invention is based on a method for detecting a complex of a DNA aptamer that specifically binds to a glyphosate molecule. To facilitate detection of the complex, a DNA aptamer that specifically binds to the glyphosate molecule of the present invention may be conjugated to a fluorophore such as fulorescein Cy3 or Cy5, a radioactive material or a chemical, A nucleotide labeled with biotin or modified with a primary amine.

본 발명의 글리포세이트 분자와 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머는 예를 들어, DNA 앱타머가 고정화된 기판(Substrate)을 포함하는 마이크로어레이(microarray)를 사용하여 글리포세이트를 검출할 수 있다. 본 명세서에서 용어 마이크로 어레이는 기판의 특정의 영역에 유전 물질이 고밀도로 부착된 어레이(배열)를 의미한다. 본 명세서에서 용어 마이크로어레이의 "기판"은 적합한 견고성 또는 반-견고성을 갖는 지지체를 의미하며, 예컨대, 유리, 슬라이드, 필터, 칩, 웨이퍼, 파이버, 가기성 비드 또는 비자기성 비드, 겔, 막(membrane), 플레이트, 고분자, 미소입자 및 모세관을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 DNA 앱타머는 상기 기판상에 배열되고 고정화된다. 이와 같은 고정화는 화학적 결합 방법 또는 UV와 같은 공유 결합적 방법에 의해 실시된다. 예를 들어, DNA 올리고뉴클레오타이드는 에폭시 화합물 또는 알데하이드기를 포함하도록 변형된 유리 표면에 결합될 수 있고, 또한 폴리라이신 코팅 표면에서 UV에 의해 결합될 수 있다. 또한, 상기 DNA 올리고뉴클레오타이드는 에틸렌 글리콜 올리고머 및 디아민을 통해 기판에 결합될 수 있다. The DNA aptamer that specifically binds to the glyphosate molecule of the present invention can detect glyphosate using, for example, a microarray including a substrate on which a DNA aptamer is immobilized. As used herein, the term microarray refers to an array in which dielectric material is attached at a high density to a particular region of the substrate. As used herein, the term "substrate" of a microarray refers to a support having suitable rigid or semi-rigid properties, such as glass, slides, filters, chips, wafers, fibers, tacky beads or non-magnetic beads, membranes, plates, polymers, microparticles, and capillaries. The DNA aptamers of the present invention are arranged and immobilized on the substrate. Such immobilization is carried out by a chemical bonding method or a covalent bonding method such as UV. For example, DNA oligonucleotides can be attached to glass surfaces modified to include epoxy compounds or aldehyde groups, and can also be bound by UV on polylysine coating surfaces. In addition, the DNA oligonucleotide may be bound to the substrate through an ethylene glycol oligomer and a diamine.

본 발명에서 글리포세이트 검출용 조성물은 키트의 형태로 제공될 수 있다. 본 발명에서 키트는 서열목록 제 1 서열 내지 제 8 서열 중 어느 하나에 개시된 염기서열 또는 이 서열과 90% 이상의 동일성을 갖는 염기서열을 갖는 DNA 올리고뉴클레오타이드를 유효성분으로 포함한다. 본 발명에서의 키트는 시료 중의 글리포세이트 분자 검출 키트를 사용하기 위한 설명서 또는 라벨을 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the composition for detecting glyphosate may be provided in the form of a kit. In the present invention, the kit comprises the base sequence disclosed in any one of SEQ ID NOS: 1-8, or a DNA oligonucleotide having a base sequence having 90% or more identity with this sequence as an active ingredient. The kit in the present invention may further include a manual or label for using the glyphosate molecule detection kit in the sample.

글리포세이트Glyphosate 분자와 특이 결합하는  Molecule-specific binding 앱타머를AppTamer 활용한  Utilized 글리포세이트Glyphosate 검출 및 제거 Detection and removal

시료 내 글리포세이트 검출 및 분석은 토양 및 지하수 환경 내 글리포세이트 모니터링을 위한 검출에 유용한 정보를 제공할 수 있다. Glyphosate detection and analysis in a sample can provide useful information for detection for glyphosate monitoring in soil and groundwater environments.

이에 글리포세이트 분자와 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머를 이용하여 시료로부터 글리포세이트의 정성 및 정량을 확인함으로써, 글리포세이트 잔류치 이상 검출 또는 예후 토양 및 지하수 환경의 오염 척도 확인에 활용할 수 있다. Therefore, by confirming the qualitative and quantitative determination of glyphosate from a sample using a DNA aptamer that specifically binds to a glyphosate molecule, it is possible to detect a glyphosate residual value abnormality or to check the pollution scale of prognostic soil and groundwater environment have.

또한, 본 발명은 글리포세이트 검출 진단에 필요한 정보를 제공하기 위해 환경 시료로부터 본 발명의 글리포세이트 분자와 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머와 글리포세이트 분자의 결합반응을 통해 글리포세이트 분자를 검출하는 방법을 제공한다. 상기 용어 "환경 시료"는 토양 누출수, 지하수 등을 포함할 수 있다.In addition, the present invention relates to a method for detecting glyphosate molecules by binding a glyphosate molecule with a DNA aptamer that specifically binds to a glyphosate molecule of the present invention from an environmental sample to provide information necessary for glyphosate detection diagnosis, Is detected. The term "environmental sample" may include soil release water, groundwater, and the like.

또한, 본 발명은 글리포세이트를 함유하는 것으로 의심되는 시료와 본 발명의 방법으로 제조된 DNA 앱타머를 접촉시켜 글리포세이트 및 DNA 앱타머의 복합체를 형성하고, 상기 복합체를 제거하여 토양 환경 및 수질 환경에 잔류하는 글리포세이트 분자를 효율적으로 제거하는 방법을 제공한다. The present invention also relates to a method for preparing a complex of glyphosate and DNA aptamer by contacting a sample suspected of containing glyphosate with a DNA aptamer prepared by the method of the present invention to form a complex of glyphosate and DNA aptamer, The present invention provides a method for efficiently removing glyphosate molecules remaining in a water environment.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

<< 실시예Example 1> 1>

DNA DNA 앱타머의Of app tamer 제작 making

<1-1> <1-1> 임의의 염기서열을 가지는 DNA 랜덤 라이브러리 풀 합성DNA random library with arbitrary nucleotide sequence

글리포세이트 특이 결합 DNA 앱타머의 제작을 위해 40개의 연속 랜덤 뉴클레오타이드(dA : dG : dC : dT = 1.5 : 1.15 : 1.25 : 1)를 포함하는 100 bp의 주형 DNA(5'-GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATT-N40-AGATAGTA AGTGCAATCT-3'; 서열목록 제 9 서열)와 이를 100 bp로 증폭할 수 있는 세 개의 프라이머를 바이오니아로부터 주문하여 제작하였다[정방향 프라이머: 5'-GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATT-3' (서열목록 제 10 서열), 역방향 프라이머: 5'-AGATTGCACTTACTATCT-3' (서열목록 제 11 서열), 비오티닐화된 (biotinylated) 역방향 프라이머: 5'-비오틴-AGATTGCACTTACTATCT-3' (서열목록 제 12서열)]. 상기에서 N40은 40개의 연속 랜덤 뉴클레오티드를 의미한다.100 bp template DNA (5'-GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATT-N40-I) containing 40 consecutive random nucleotides (dA: dG: dC: dT = 1.5: 1.15: 1.25: 1) for the production of glyphosate- AGATAGTA AGTGCAATCT-3 '; SEQ ID NO: 9) and three primers capable of amplifying it by 100 bp were prepared from bionan (forward primer: 5'-GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATT-3' Reverse primer: 5'-AGATTGCACTTACTATCT-3 '(Sequence Listing 11 sequence), biotinylated reverse primer: 5'-biotin-AGATTGCACTTACTATCT-3' (Sequence Listing 12 sequence). In the above, N40 means 40 consecutive random nucleotides.

<1-2> <1-2> PCRPCR 기법을 이용한 DNA  DNA using the technique 앱타머Aptamer 풀의 증폭 및 정제 Pool amplification and purification

40bp의 임의의 서열을 가지는 100bp DNA 라이브러리는 PCR 기법을 이용하여 증폭하였다. 증폭을 위한 PCR 반응물 조성은 주형 DNA 1 ㎕, 10X PCR 완충용액 5 ㎕, 각 2.5 mM dNTP 혼합물 4 ㎕, 25 μM 정방향 프라이머 2 ㎕, 25 μM 비오티닐화된 역방향 프라이머 2 ㎕, Ex Taq 중합효소 (Takara, Japan) 0.25 ㎕ (1 unit/㎕)와 35.75 ㎕의 증류수로 이루어져 있다. The 100 bp DNA library having an arbitrary sequence of 40 bp was amplified using the PCR technique. The PCR reaction composition for amplification was 1 μl of template DNA, 5 μl of 10 × PCR buffer, 4 μl of each 2.5 mM dNTP mixture, 2 μl of 25 μM forward primer, 2 μl of 25 μM biotinylated reverse primer, 5 μl of Ex Taq polymerase Takara, Japan), and 35.75 μl of distilled water.

PCR 반응 조건은 95℃에서 5분간 변성시키고, 95℃에서 30초, 55℃에서 30초, 그리고 72℃에서 30초간 반응을 12에서 15주기 반복한 후, 72℃에서 5분간 추가 신장시키는 반응을 이용하였다. PCR 반응 후 4 ㎕를 취하여, 2% 아가로스 겔 전기영동을 통하여 100 bp에서 밴드가 나타나는지 증폭 산물을 확인하였다. PCR을 통하여 확보된 DNA 라이브러리는 PCR 정제 키트 (Qiagen, USA)를 이용하여 정제한 후 증류수 50 ㎕를 이용하여 회수하였다. The PCR reaction conditions were denaturation at 95 ° C for 5 minutes, reaction at 95 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, and 72 ° C for 30 seconds, 12 cycles at 15 ° C, followed by extension at 72 ° C for 5 minutes Respectively. After the PCR reaction, 4 μl was taken and 2% agarose gel electrophoresis was performed to confirm whether the band appeared at 100 bp. The DNA library obtained by PCR was purified using a PCR purification kit (Qiagen, USA) and recovered using 50 μl of distilled water.

회수한 앱타머는 비대칭 PCR (asymmetric PCR)의 주형으로 이용하였으며, 비대칭 PCR의 조성물은 주형 DNA 1 ㎕, 10X PCR 완충용액 10 ㎕, 각 2.5 mM dNTP 혼합물 8 ㎕, 25 μM 정방향 프라이머 10 ㎕, 25 μM 비오티닐화된 역방향 프라이머 2 ㎕, Ex Taq 중합효소 (Takara, Japan) 0.5 ㎕ (1 unit/㎕)와 68.5 ㎕의 증류수로 구성되어 있다. PCR 반응 조건은 95℃에서 5분간 변성시키고, 95℃에서 30초, 55℃에서 30초, 그리고 72℃에서 30초간 반응을 15주기 반복한 후, 72℃에서 5분간 추가 신장시키는 반응을 이용하였다.The recovered aptamer was used as a template for asymmetric PCR. Asymmetric PCR was performed using 1 μl of template DNA, 10 μl of 10 × PCR buffer, 8 μl of each 2.5 mM dNTP mixture, 10 μl of 25 μM forward primer, 2 μl of biotinylated reverse primer, 0.5 μl (1 unit / μl) of Ex Taq polymerase (Takara, Japan) and 68.5 μl of distilled water. The PCR reaction conditions were denaturation at 95 ° C for 5 minutes, 15 cycles of reaction at 95 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds, and 72 ° C for 30 seconds, followed by extension at 72 ° C for 5 minutes .

<1-3> <1-3> 가열-냉각 (heating-cooling) 기법을 활용한 Utilizing heating-cooling techniques ssDNAssDNA 제작 making

PCR 기법과 PCR 정제 키트를 이용하여 회수한 DNA 라이브러리 50 ㎕에 증류수 50 ㎕를 첨가하여 부피를 100 ㎕로 조정한 후, 가열-냉각 (heating-cooling) 기법을 이용하여 dsDNA를 ssDNA로 변성 (Denaturation)하였다. 실험 방법을 구체적으로 표현하자면 PCR 기법과 PCR 정제 키트를 이용하여 획득한 dsDNA를 85에서 5분 동안 반응하여 dsDNA를 ssDNA로 변성시킨 후, 반응 종료 후 즉시 반응 액을 4로 냉각 시켜 ssDNA를 확보하였다. 50 μl of distilled water was added to 50 μl of the DNA library recovered using the PCR technique and the PCR purification kit, and the volume was adjusted to 100 μl. Then, dsDNA was denatured with ssDNA using a heating-cooling technique ). Specifically, the dsDNA obtained using the PCR technique and the PCR purification kit was reacted for 85 minutes at 85 ° C. to denature the dsDNA with ssDNA, and immediately after completion of the reaction, the reaction solution was cooled to 4 to secure the ssDNA .

<1-4> <1-4> ssDNAssDNA 의 선별 및 회수Screening and recovery

가열-냉각 기법을 이용하여 확보된 ssDNA 산물 중 비오틴 (Biotin)이 결합되어 있는 ssDNA와 프라이머(primer)를 제거하고 정방향의 ssDNA만을 순수하게 확보하기 위하여, 상기 실시예에서 획득한 100 ㎕의 반응 액에 스트렙트아비딘 아가로즈 레진(streptavidin agarose resin, Thermo scientific, USA) 50 ㎕를 첨가하여 상온에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응 액은 10분 간 원심분리 (4℃, 13,000rpm) 한 후, 상층 액만을 회수하여 동일 부피의 PCI (phenol : chloroform : isoamylalcohol = 25 : 24 : 1) 용액을 처리하였으며, 15분간 원심 분리 (4℃, 13,000rpm)하여 상층 액만을 회수하였다. 상층 액에 1/100 부피의 tRNA (sigma aldrich, USA), 3 부피의 100% 에탄올을 첨가하여 -70℃에서 4시간 이상 반응시켰다. 반응 후에는 30분간 원심 분리 (4℃, 13,000rpm) 하여 ssDNA만을 회수하였다. 회수한 ssDNA는 65℃에서 건조시킨 후, 50 ㎕의 증류수에 녹였다. 회수한 ssDNA는 Nano Drop을 통해 농도를 확인하였다. In order to remove biotin-bound ssDNA and primer from the ssDNA product obtained using the heating-cooling technique and to ensure pure ssDNA only in the forward direction, 100 μl of reaction solution (Streptavidin agarose resin, Thermo Scientific, USA) was added to the wells and reacted at room temperature for 1 hour. The reaction solution was centrifuged (4 ° C, 13,000 rpm) for 10 minutes, and then only the supernatant was recovered and treated with the same volume of PCI (phenol: chloroform: isoamylalcohol = 25: 24: 1) 4 ° C, 13,000 rpm) to collect only the supernatant. To the supernatant, 1/100 volume of tRNA (Sigma Aldrich, USA) and 3 volumes of 100% ethanol were added and reacted at -70 ° C for 4 hours or more. After the reaction, only ssDNA was recovered by centrifugation (4 ° C, 13,000 rpm) for 30 minutes. The recovered ssDNA was dried at 65 ° C and dissolved in 50 μl of distilled water. The concentration of the recovered ssDNA was confirmed by Nano Drop.

실시예 <1-2>, <1-3>, <1-4>의 PCR, 정제, 비대칭 PCR 등을 통해 확보한 이중가닥 DNA 및 단일가닥 DNA앱타머는 각각 10 ㎕를 취하여 12%의 폴리아크릴아마이드 겔 전기영동 (Polyacrylamide gel electrophoresis, PAGE)을 통하여 진행을 관찰하였다(도 2 참조).10 μl of double stranded DNA and single strand DNA aptamer obtained through PCR, purification, asymmetric PCR, etc. of Examples <1-2>, <1-3> and <1-4> The progress was observed through polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) (see FIG. 2).

<< 실시예Example 2> 2>

SELEXSELEX 기법을 이용한  Technique 글리포세이트Glyphosate 특이 결합 DNA  Specific binding DNA 앱타머Aptamer 선별 Selection

<2-1> <2-1> SELEXSELEX 에 이용되는 각 용액의 조성The composition of each solution used in

글리포세이트에 특이적으로 결합하는 앱타머 선별을 위한 SELEX에 이용된 각 용액은 용액의 이름과 조성은 다음과 같다. The name and composition of each solution used in SELEX for selective aptamer binding to glyphosate are as follows.

글리포세이트의 카복실기 활성 완충 용액 : 10mM HEPES 완충용액 Carboxyl group active buffer solution of glyphosate: 10 mM HEPES buffer solution

앱타머 구조 제작 용액 : 2 X TBS 완충용액(300mM NaCl, 100mM Tris-HCl, pH 7.9)Aptamer structure preparation solution: 2 X TBS buffer (300 mM NaCl, 100 mM Tris-HCl, pH 7.9)

비드 세척 용액 : 1 X TBS 완충용액(150mM NaCl, 50mM Tris-HCl, pH 7.5)Bead washing solution: 1 X TBS buffer (150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5)

DNA 앱타머 용출 용액 : 1 X TE 완충용액(10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5)DNA aptamer elution solution: 1 X TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5)

<2-2> <2-2> SELEXSELEX 에 이용될 DNA DNA to be used for 앱타머Aptamer 구조 제작 Structure Production

상기 실시예 <1-4>를 통하여 제작 확보한 ssDNA (32450ng/100㎕)에 앱타머 구조 제작 용액 100 ㎕를 첨가하여 전체 반응 부피를 200 ㎕로 조정한 후 85℃에서 5분간 끓여 변성 시킨 후, 상온에서 서서히 식혀 ssDNA 앱타머의 안정한 3차원 구조를 형성하였다.100 μl of the aptamer structure-forming solution was added to ssDNA (32450 ng / 100 μl) prepared through the above Example <1-4>, the total reaction volume was adjusted to 200 μl, followed by denaturation by boiling at 85 ° C for 5 minutes , And slowly cooled at room temperature to form a stable three-dimensional structure of ssDNA aptamer.

<2-3> <2-3> 글리포세이트Glyphosate 특이 결합 DNA  Specific binding DNA 앱타머Aptamer 선별을 위한  For screening 글리포세이트Glyphosate 결합 라텍스(Latex)  Combined latex (Latex) 비드Bead 제작 및  Production and SELEXSELEX 방법을 이용한  Method 글리포세이트Glyphosate 특이 결합 DNA  Specific binding DNA 앱타머의Of app tamer 선별 Selection

글리포세이트 결합 라텍스비드의 제작을 위해 글리포세이트(glyphosate, Sigma Co., 이하 모든 글리포세이트)의 카복실기(carboxyl group)와 표면이 아민기로 변형된 형광 라텍스비드(Sigma Co.)의 아민기(amine group)의 공유결합을 이용하였다. 두 반응기 간 공유결합 형성을 위해 0.01 ㎎/㎖의 글리포세이트 50 ㎕와 라텍스비드 50 ㎕를 카복실기 활성 완충 용액 100 ㎕에 첨가하여 1시간 반응시켰다. 글리포세이트와 결합한 라텍스비드는 15분 간 원심 분리 (4℃, 13,000rpm) 하여 회수하였으며, 상기 실시예 <2-2>에서 획득한 ssDNA 앱타머 풀과 혼합하여 상온에서 4시간 이상 반응시켰다. 이후 글리포세이트와 결합하지 않은 앱타머의 제거를 위하여 15분 간 원심 분리 (4℃, 13,000rpm) 하여 상층 액을 제거했다. For the production of glyphosate-conjugated latex beads, the carboxyl group of glyphosate (Sigma Co., hereinafter all glyphosate) and the amine of fluorescent latex beads (Sigma Co.) whose surface was modified with an amine group Covalent bonds of amine groups were used. To form covalent bonds between the two reactors, 50 μl of 0.01 mg / ml glyphosate and 50 μl of latex beads were added to 100 μl of the carboxyl group-active buffer solution, and reacted for 1 hour. The latex beads bound to glyphosate were recovered by centrifugation (4 ° C, 13,000 rpm) for 15 minutes, mixed with the ssDNA aptamer paste obtained in Example <2-2>, and reacted at room temperature for 4 hours or more. Then, the supernatant was removed by centrifugation (4 ° C, 13,000 rpm) for 15 minutes to remove the aptamer not bound to glyphosate.

이후, 세척 용액 200 ㎕을 넣어 세척하는 과정을 3회 반복하여 글리포세이트와 결합력이 약한 ssDNA 앱타머를 제거하였다. 비드와 결합한 글리포세이트에 붙은 DNA 앱타머를 용출하기 위하여 DNA 앱타머 용출 용액 200 ㎕를 넣고 85℃에서 5분 간 가열하였으며, 가열 후 와류교반(voltexing)하여 15분간 원심 분리(4℃, 13,000rpm)한 뒤 비드를 제외한 상층의 용출 용액을 얻었다. 상기 과정을 1회 더 반복하여 상층의 용출 용액을 획득하였다. Then, washing with 200 μl of washing solution was repeated 3 times to remove ssDNA aptamer having weak binding force with glyphosate. To elute the DNA aptamer attached to the bead-bound glyphosate, 200 μl of the DNA aptamer elution solution was added and heated at 85 ° C for 5 minutes. After heating, the mixture was vortexed and vortexed for 15 minutes at 4 ° C rpm) to obtain an eluting solution of the upper layer except for the beads. The above procedure was repeated one more time to obtain the eluting solution of the upper layer.

확보한 상층액에 존재하는 글리포세이트 및 비드와 같은 불순물의 제거를 위해 용출 용액과 동일한 부피의 PCI 용액을 처리하였으며, 15분 간 원심 분리 (4℃, 13,000rpm)를 통해 상층 액만 회수하였다. 이후, 회수한 상층 액 1/100 부피의 tRNA와 3 부피의 100% 에탄올을 첨가하여 -70℃에서 2시간 이상 반응시켰고, 반응 액을 30분 간 원심 분리 (4℃, 13,000rpm)하였다. 이를 통하여 글리포세이트 분자와 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머만을 회수하였다. 회수된 DNA 앱타머는 65℃에서 건조하여 에탄올을 증발시킨 뒤, 50 ㎕의 증류수에 녹였다.To remove impurities such as glyphosate and beads in the supernatant, the same volume of PCI solution as the eluting solution was treated and only the supernatant was recovered by centrifugation (4 ° C, 13,000 rpm) for 15 minutes. Then, the recovered supernatant was mixed with 1/100 volume of tRNA and 3 volumes of 100% ethanol, and the mixture was reacted at -70 ° C. for 2 hours or longer. The reaction solution was centrifuged (4 ° C., 13,000 rpm) for 30 minutes. Thus, only DNA aptamers that specifically bind glyphosate molecules were recovered. The recovered DNA aptamer was dried at 65 ° C and ethanol was evaporated and dissolved in 50 μl of distilled water.

<2-4> <2-4> 비특이적 DNA Nonspecific DNA 앱타머Aptamer 제거를 위한  For removal 네가티브Negative 선별 (Negative selection) Negative selection

글리포세이트가 아닌 라텍스비드에 결합하여 선별된 비특이적인 DNA 앱타머의 제거를 위해 SELEX 6회와 7회 사이에 네가티브 선별을 진행하였다. 글리포세이트 분자 결합 없이 라텍스비드만을 가지고 DNA 앱타머 용액을 결합시킨 뒤, 비드와 결합하지 않은 앱타머 상층 용액을 회수하였으며, 이후 실시예 <2-3>과 같은 방법으로 SELEX를 총 9 회까지 진행하였다. SELEX의 결합 조건은 횟수가 거듭될수록 반응 조건을 엄격하게 하여 표적 분자인 글리포세이트와 더욱 특이적으로 결합하는 앱타머를 얻고자 하였다.Negative selection was performed between 6 times and 7 times of SELEX for the removal of nonspecific DNA aptamer bound to non-glyphosate latex beads. After the DNA aptamer solution was bound with only latex beads without glyphosate molecular binding, an aptamer upper layer solution not bound with beads was recovered. Then, SELEX was recovered to a total of 9 times . The binding conditions of SELEX were to obtain an aptamer that more specifically binds to the target molecule glyphosate by increasing the stringency of the reaction conditions as the number of times is increased.

<< 실시예Example 3> 3>

글리포세이트와Glyphosate and 특이적으로 결합하는 최적 DNA  Specific binding DNA 앱타머Aptamer 선별을 위한  For screening SELEXSELEX 라운드 선별 Round selection

<3-1> <3-1> 나노 드롭 (Nano drop ( NanoNano Drop)을 이용한 각 라운드의 친화성 확인 Drop) to confirm the affinity of each round

9 회의 SELEX를 마친 후 SELEX 진행 여부와 각 라운드에서 회수된 ssDNA 앱타머의 친화성의 정량적 확인을 위해 각 라운드에서 용리된 ssDNA의 농도를 나노 드롭 (Nano drop (Micro spectrophotometer))을 이용하여 측정하였으며, 첨가량 대비 회수율로 나타내었다. 나노 드롭을 통해 각 라운드에서 회수된 ssDNA 앱타머 농도를 측정하여 회수율로 나타낸 결과, 네가티브 선별 이후에 8 라운드의 회수율이 47.6으로 가장 높았음을 확인하였다. 이를 통해 네가티브 선별 라운드 이후, 글리포세이트 분자와 가장 특이적으로 결합하는 최적 앱타머 풀은 8 라운드 풀임을 알 수 있었다(도 3 참고).After 9 rounds of SELEX, the concentration of ssDNA eluted in each round was measured using Nano drop (Micro spectrophotometer) to confirm the progress of SELEX and the affinity of ssDNA aptamer recovered in each round, Recovery rate versus addition amount. The concentration of ssDNA aptamer recovered in each round was measured by nano-drop and the result was shown as recovery rate. As a result, it was confirmed that the recovery rate of 8 rounds was the highest at 47.6 after negative selection. As a result, after the negative screening round, it was found that the optimal aptamer pool that most specifically binds to glyphosate molecules was an 8 round pool (see FIG. 3).

<3-2> <3-2> Real time Real time PCRPCR 기법을 이용한 최적 라운드 확인 Optimal Round Identification Using Technique

SELEX를 10 회까지 마친 후 SELEX 진행 여부 및 각 라운드에서 회수된 DNA 앱타머의 친화성을 정량적으로 확인하기 위하여 실시간 PCR을 수행하였다.After completion of the SELEX 10 times, real-time PCR was performed to quantitatively confirm the progress of SELEX and the affinity of DNA aptamer recovered in each round.

우선 초기 DNA 라이브러리와 네가티브 선별 이후인 7, 8, 9 라운드에서 용리된 각각의 ssDNA 앱타머들을 PCR 기법을 이용하여 증폭하고, 가열- 냉각 기법을 이용하여 ssDNA를 확보하였으며, 이를 실시예 <2-3>과 같이 진행하였다. First, the ssDNA aptamers eluted in the 7th, 8th, and 9th rounds after the initial DNA library and negative selection were amplified by PCR, and ssDNA was secured using the heat-cooling technique. 3 &gt;.

이를 통해 획득한 각 ssDNA들은 각각 100와 10-1로 희석하여 실시간 PCR 기법의 주형 DNA로 사용하였다. 실시간 PCR은 iQ SYBR Green Supermix (Bio-rad, USA)를 이용하였으며, 실시간 PCR 반응 조건은 우선, 95℃에서 5분 변성 이후, 95℃에서 20초, 55℃에서 20초, 그리고 72℃에서 20초간 반응하는 과정을 40주기 반복한 후, 72℃에서 5분간 연장시키는 반응 조건으로 반응을 진행하였다. 실시간 PCR 결과는 10-1로 희석된 샘플을 주형 DNA로 이용한 실험에서 결과를 획득할 수 있었다. Each of the obtained ssDNAs was diluted to 10 &lt; 0 &gt; and 10 &lt;&quot; 1 &gt; Real-time PCR was performed using iQ SYBR Green Supermix (Bio-Rad, USA). The real-time PCR conditions were 95 ° C for 20 sec, 55 ° C for 20 sec, and 72 ° C for 20 min. The reaction was repeated for 40 cycles, followed by extension at 72 ° C for 5 minutes. Real-time PCR results could be obtained the results from the experiments with the samples diluted to 10 -1 to the template DNA.

실시간 PCR Ct값은 7, 8, 9 라운드에서 각각 11.82, 3.63, 8.63 으로 8 라운드 Ct값이 가장 낮게 나왔다. 8 라운드의 ssDNA 앱타머들이 7, 9 라운드와 비교하여 높은 앱타머 농도의 풀임을 확인할 수 있었으며 더 이상 SELEX를 진행이 필요 없음을 확인하였다. 이는 나노 드롭을 이용하여 확인한 각 라운드에서 회수된 앱타머 회수율과도 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 나노 드롭 결과 및 실시간 PCR 결과를 통하여 8 라운드의 앱타머 풀이 글리포세이트 분자와 결합 효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.Real-time PCR Ct values were 11.82, 3.63, and 8.63 in the 7th, 8th and 9th rounds, respectively, and the 8th round Ct value was the lowest. It was confirmed that 8 rounds of ssDNA aptamers were full of a higher concentration of aptamer than 7th and 9th rounds and confirmed that SELEX was no longer necessary. It was also confirmed that the recovery rate of the aptamer recovered in each round was confirmed by using nano drop. From the results of nano-drop and real-time PCR, it was confirmed that the 8-round aptamer pool has the highest binding efficiency with glyphosate molecules.

<< 실시예Example 4> 4>

글리포세이트Glyphosate 분자와 특이 결합 DNA  DNA and specific binding DNA 앱타머Aptamer 후보군 확보 Secure candidate

<4-1> <4-1> T-벡터 T-vector 클로닝을Cloning 통한  through 글리포세이트Glyphosate 특이 결합  Specific binding 앱타머Aptamer 후보군 서열 확보 Securing candidate sequence

나노 드롭과 실시간 PCR을 통하여 글리포세이트와 친화력이 가장 높은 것으로 판단된 8 라운드의 ssDNA 앱타머 풀에 대해 정방향 프라이머: 5'-GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATT-3' (서열목록 제 10 서열)와 역방향 프라이머: 5'-AGATTGCACTTACTATCT-3' (서열목록 제 11 서열)를 이용한 PCR 수행으로 dsDNA를 획득하였다. 5'-GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATT-3 '(SEQ ID NO: 10) and reverse primer: 5'-GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGATTATTCAATT-3' (SEQ ID NO: 10) and 8 'primers for 8 rounds of ssDNA aptamer pool which were judged to have the highest affinity for glyphosate through nano- -AGATTGCACTTACTATCT-3 &apos; (SEQ ID NO: 11) to obtain dsDNA.

이렇게 획득한 dsDNA는 T-블런트 클로닝 키트 (SolGent, Korea)를 이용하여 클로닝을 수행하였다. 클로닝은 T-벡터 (10 ng/㎕) 1 ㎕와 PCR 산물 (20 ng/㎕) 4 ㎕, 6 X T-블런트 버퍼 1 ㎕를 섞어서 25℃에서 5분 동안 반응시키는 조건을 이용하였다. T-블런트 클로닝 반응 액 6 ㎕는 100 ㎕의 DH5α와 섞은 후 42℃에서 30초 동안 열 충격 (heat shock)을 가한 후, 2분 동안 얼음에서 반응시켰다. The dsDNA thus obtained was cloned using a T-blunt cloning kit (SolGent, Korea). For cloning, 1 μl of T-vector (10 ng / μl), 4 μl of PCR product (20 ng / μl) and 1 μl of 6 × T-blunt buffer were mixed and reacted at 25 ° C for 5 minutes. 6 μl of the T-blunt cloning reaction mixture was mixed with 100 μl of DH5α, heat shocked at 42 ° C for 30 seconds, and reacted on ice for 2 minutes.

여기에 900 ㎕의 SOC (2% tryptone, 0.5% yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 20 mM MgCl2, 20 mM glucose) 배지를 첨가한 후, 37℃에서 40분 간 배양하였다. 이후, 200 ㎕의 배양액을 취하여 암피실린 (ampicillin, 50 ㎍/ml), 카나마이신 (kanamycin, 50 ㎍/ml), X-gal (50 ㎍/ml), IPTG (5 ㎍/ml)가 포함되어 있는 LB 배양 플레이트 (LB plate)에 스프레딩하고, 37℃에서 16시간 이상 배양시킨 후, 흰색 콜로니만을 선별하여 각 콜로니의 염기서열을 확보하였으며 (Solgent, Korea), 서열 분석을 통하여 중복되지 않고 글리포세이트 분자와 친화력이 높은 글리포세이트 결합 DNA 앱타머 32 종을 확보할 수 있었다. SOC (2% tryptone, 0.5% yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 20 mM MgCl 2 , 20 mM glucose) was added to 900 μl of the medium and incubated at 37 ° C for 40 minutes. Then, 200 μl of the culture was taken and cultured in LB containing ampicillin (50 μg / ml), kanamycin (50 μg / ml), X-gal (50 μg / ml) and IPTG After spreading on a LB plate and culturing for more than 16 hours at 37 ° C, only the white colonies were selected to obtain the nucleotide sequence of each colony (Solgent, Korea). Through sequence analysis, glyphosate 32 kinds of glyphosate-linked DNA aptamers having high affinity with molecules could be obtained.

<4-2> <4-2> 앱타머Aptamer -항체 샌드위치 ELISA 기법을 이용한 - Antibody sandwich ELISA 글리포세이트Glyphosate 특이 결합 최종  Specific binding end 앱타머Aptamer 선별 Selection

T-벡터 클로닝을 통해 확보한 32종의 앱타머 후보군 중 최고의 결합력을 가진 앱타머를 추리기 위하여 앱타머-항체 샌드위치 ELISA 방법을 이용하였다.The Aptamer-antibody sandwich ELISA method was used to detect the best binding aptamer among 32 candidate aptamer candidates obtained through T-vector cloning.

앱타머-항체 샌드위치 ELISA 실험을 진행하기 위해 스트렙트아비딘 코티드 플레이트(Pierce Streptavidin Coated Plate (clear, 96-well), Thermo SCIENTIFIC, USA)와 1차 항체인 닭에서 추출한 안티 글리포세이트 다중클론 항체 및 2차 항체인 토끼에서 추출한 HRP 변형 안티 닭 IgG 다중클론 항체(Acris, USA)를 주문하였다. Antitrypsate polyclonal antibodies extracted from streptavidin-coated plates (clear, 96-well, Thermo SCIENTIFIC, USA) and primary antibody chickens were used for the Aptamer-antibody sandwich ELISA And HRP modified anti-chicken IgG polyclonal antibody (Acris, USA) extracted from rabbit secondary antibody were ordered.

먼저, 플레이트의 스트렙트아비딘 활성을 위해 플레이트에 세척 용액 100 ㎕을 첨가하여 오비탈 쉐이커에서 15분 간 반응시킨 뒤 제거하였으며, 이를 2회 더 반복하였다. 앱타머의 고정을 위해 플레이트에 각각의 앱타머 (10000 ng/100 ㎕) 100 ㎕를 첨가하여 반응시킨 뒤, 세척 과정을 3회 반복하였으며, 글리포세이트의 결합을 위해 글리포세이트 100 ㎕를 첨가하여 반응시킨 뒤, 세척을 3회 반복하였다. 이 후 1차 항체와 2차 항체 100 ㎕ 첨가 후 반응 및 세척 3회를 각각 진행하였다. 다음, 2차 항체의 기질인 Tetramethylbenzidine (TMB, Biolegend, US)를 100 ㎕ 첨가하여 1분 간 발색반응을 확인 한 뒤, 1N 황산을 첨가하여 반응을 중단시켰다. First, for the streptavidin activity of the plate, 100 μl of the washing solution was added to the plate, the reaction was carried out for 15 minutes on the orbital shaker, and then the plate was removed two more times. To fix the aptamer, 100 μl of each aptamer (10000 ng / 100 μl) was added to the plate and reacted. The washing procedure was repeated three times, and 100 μl of glyphosate was added The reaction was repeated three times. After the addition of 100 μl of the primary antibody and the secondary antibody, the reaction and washing were carried out three times. Next, 100 μl of a secondary antibody substrate, Tetramethylbenzidine (TMB, Biolegend, US) was added, and the reaction was stopped by adding 1 N sulfuric acid.

플레이트의 세척은 1 X TBS 완충용액(150mM NaCl, 50mM Tris-HCl, pH 7.5)에 0.05% Tween을 첨가한 세척 용액을 100 ㎕ 첨가하여 오비탈 쉐이커에서 15분간 교반시킨 뒤 제거하여 세척을 진행하였다. 세척 및 TMB 반응, 황산 첨가 후 관찰 과정을 제외한 모든 반응은 오비탈 쉐이커에서 1시간 동안 교반을 진행하였다.To wash the plate, 100 μl of a washing solution containing 0.05% Tween in 1 X TBS buffer (150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5) was added and stirred for 15 minutes in an orbital shaker. All reactions except washing and TMB reaction and observation after addition of sulfuric acid were stirred for 1 hour in an orbital shaker.

발색을 정량적으로 나타내기 위해 SpectraMax M2(Molecule Devices)에 플레이트를 넣은 후 숫자로 나타내었으며, 32종의 앱타머 중 발색 반응이 상대적으로 많이 일어난 8종의 앱타머를 확보하였다.In order to quantitatively express the color, Plate was inserted into SpectraMax M2 (Molecule Devices), and the numbers were expressed. There were 8 kinds of aptamers in which 32 kinds of aptamers had a relatively high color development reaction.

아래 표 1은 글리포세이트 특이 DNA 앱타머 선별 SELEX 기법을 이용하여 획득한 글리포세이트 결합 DNA 앱타머 후보군 8 개에 대한 서열을 구체적으로 나타낸 것이다.Table 1 below shows the sequence of 8 glyphosate-linked DNA aptamer candidates obtained using the glyphosate-specific DNA aptamer selection SELEX technique.

번호number 클론Clone
명칭designation
서열번호SEQ ID NO: 선별된 서열Selected sequence 서열order
크기size
(bp)(bp)
1One Gly1Gly1 서열번호 1SEQ ID NO: 1 GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTTCGGTAATACTAGTTGGTCTTTCCCCGTTCCATTCTGTGGAGATAGTAAGTGCAATCTGGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTTCGGTAATACTAGTTGGTCTTTCCCCGTTCCATTCTGTGGAGATAGTAAGTGCAATCT 100100 44 Gly2Gly2 서열번호 2SEQ ID NO: 2 GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTCGGATGCGGGTAATTGAATTAGTACGGTTTGCCTCTTGTGAGATAGTAAGTGCAATCTGGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTCGGATGCGGGTAATTGAATTAGTACGGTTTGCCTCTTGTGAGATAGTAAGTGCAATCT 100100 2222 Gly3Gly3 서열번호 3SEQ ID NO: 3 GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTTGCTTGTAAAGTCGTCTCCCAGTGACGCCGTAGTCTTTCGAGATAGTAAGTGCAATCTGGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTTGCTTGTAAAGTCGTCTCCCAGTGACGCCGTAGTCTTTCGAGATAGTAAGTGCAATCT 100100 2929 Gly4Gly4 서열번호 4SEQ ID NO: 4 GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTGCCAACAATCTGTAAGCTCGTGAAGGTTTGCTAATATCCGAGATAGTAAGTGCAATCTGGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTGCCAACAATCTGTAAGCTCGTGAAGGTTTGCTAATATCCGAGATAGTAAGTGCAATCT 100100 3434 Gly5Gly5 서열번호 5SEQ ID NO: 5 GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTCGGATGCGGGTAATTGAATTAGTGCGGTTTGCCCCTTGTGAGATAGTAAGTGCAATCTGGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTCGGATGCGGGTAATTGAATTAGTGCGGTTTGCCCCTTGTGAGATAGTAAGTGCAATCT 100100 3737 Gly6Gly6 서열번호 6SEQ ID NO: 6 GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTGGAATGACCTGGATTGACCCGTGAGTGTAGCATTTGTCCGAGATAGTAAGTGCAATCTGGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTGGAATGACCTGGATTGACCCGTGAGTGTAGCATTTGTCCGAGATAGTAAGTGCAATCT 100100 3939 Gly7Gly7 서열번호 7SEQ ID NO: 7 GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTTTACAGAACGACTAACGTCGCTCCGGGTACTTCTCCATCGAGATAGTAAGTGCAATCTGGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTTTACAGAACGACTAACGTCGCTCCGGGTACTTCTCCATCGAGATAGTAAGTGCAATCT 100100 4141 Gly8Gly8 서열번호 8SEQ ID NO: 8 GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTCTTCTAGTAATTGGACTCTGCAGTAGAGCTGTCTAGGTGGAGATAGTAAGTGCAATCTGGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATTCTTCTAGTAATTGGACTCTGCAGTAGAGCTGTCTAGGTGGAGATAGTAAGTGCAATCT 100100

<< 실시예Example 5> 5>

글리포세이트Glyphosate 분자 결합 DNA  Molecular-binding DNA 앱타머Aptamer 후보군들의 구조 결정 Decision of candidate groups

글리포세이트 특이 결합 DNA 앱타머 최종후보군의 구조는 앱타머 서열을 바탕으로 3차원 구조 모델을 제공하는 프로그램인 DNA mfold 프로그램(Rensselear polytechnic institute)을 활용하였다. 제시된 모델 중 ΔG 값이 가장 낮은 모델을 예상되는 후보군의 구조로 선정하였다(도 5 참조).The structure of the glyphosate specific binding DNA aptamer final candidate group was based on a DNA mfold program (Rensselear polytechnic institute), which provides a three-dimensional structural model based on the aptamer sequence. The model with the lowest ΔG value among the proposed models was selected as the structure of the candidate group (see FIG. 5).

<< 실시예Example 6> 6>

SPRSPR 을 통한 through 앱타머의Of app tamer 친화력 및 선택성 평가 Affinity and selectivity evaluation

<6-1> <6-1> 글리포세이트와Glyphosate and 결합하는  Combine 앱타머Aptamer 8종의 친화력 및 선택성 평가 Eight affinity and selectivity evaluation

최종적으로 선별된 글리포세이트 특이결합 DNA 앱타머 8종의 친화력을 정량화한 수치로 나타내기 위해 표면 플라즈몬 공명 (Surface Plasmon Resonance, SPR) 기법을 이용하였다. 실험에 사용한 SPR 기기는 BIAcore 3000 (GE healthcare, UK)이며, 스트렙트아비딘으로 코팅된 센서칩 SA (Sensor chip SA, GE healthcare, UK)을 이용하였다. 글리포세이트 특이 결합 최종 후보군 앱타머는 바이오틴이 5-말단에 부착된 형태의 단일가닥 DNA 형태로 제작하였으며, 각각의 샘플은 1X TBS 완충용액에 200 ng/㎕의 농도로 준비하였다. 글리포세이트 및 비교 대상으로 글리포세이트 중간대사물질인 아미노메틸포스포닉산(AMPA), 글리신(Glycine)을 사용하였으며, 각각의 수용액은 0.5 mM로 준비하였다.Surface plasmon resonance (SPR) technique was used to quantify the final affinity of eight selected glyphosate-specific binding DNA aptamers. The SPR device used was BIAcore 3000 (GE healthcare, UK) and a sensor chip SA (GE Healthcare, UK) coated with streptavidin was used. The glyphosate-specific binding final aptamer was prepared in the form of single-stranded DNA in the form of 5-terminal attachment of biotin. Each sample was prepared in a concentration of 200 ng / μl in 1 × TBS buffer. Glyphosate and the glyphosate intermediate metabolites aminomethylphosphonic acid (AMPA) and glycine (Glycine) were used, and each aqueous solution was prepared at 0.5 mM.

센서 칩 SA에 고정된 스트렙트아비딘과 앱타머 5-말단의 바이오틴 간 결합반응을 이용한 앱타머의 고정을 위해 준비한 앱타머를 센서 칩의 두 채널 중 한 채널에 10㎕/min 으로 6분 간 흘렸으며, 앱타머의 탈락을 보기 위해 두 채널에 regeneration 완충용액 (1 M 염화나트륨, 50 mM 수산화나트륨, 50% 이소프로판올)을 10 ㎕/min의 속도로 5분 간 흘려주었다. Aptamer prepared for immobilization of the aptamer using streptavidin immobilized on the sensor chip SA and biotin at the 5-terminal of the aptamer was incubated for 6 minutes at 10 μl / min in one of the two channels of the sensor chip Regeneration buffer solution (1 M sodium chloride, 50 mM sodium hydroxide, 50% isopropanol) was flowed into the two channels at a rate of 10 μl / min for 5 minutes to observe the disappearance of the aptamer.

그 결과, 칩 위에 앱타머가 900RU 이상 고정되어 있는 것을 확인하였다. 다음 글리포세이트 특이 결합 앱타머와 글리포세이트 간의 친화력 측정 및 글리포세이트 선택성 관찰을 위해 앱타머 고정 및 미고정된 두 채널에 글리포세이트 수용액, 아미노메틸포스포닉산 수용액, 글리신 수용액을 각각 10 ㎕/min의 속도로 7분 간 흘려주어 RU 값을 측정하였다. 상기의 실험은 8 종의 앱타머 최종 후보군에 대해 각각 진행하였으며, 얻은 결과는 BIAevolution software를 통해 분석하였다. As a result, it was confirmed that the aptamer was fixed at 900 RU or more on the chip. In order to measure affinity between glyphosate and glyphosate and selectivity of glyphosate, a glyphosate aqueous solution, an aqueous solution of aminomethylphosphonic acid and an aqueous solution of glycine were added to both the aptamer-immobilized and non-fixed two channels, And the RU value was measured by flowing at a rate of / / min for 7 minutes. The above experiments were conducted for the final candidate groups of eight aptamers, and the results were analyzed by BIAevolution software.

분석을 통해 얻은 결과로 앱타머와 글리포세이트 및 비교대상 간의 친화력을 정량화한 수치인 해리상수 (Kd, dissociation)를 확보하였으며(표 2 참조), 8 종의 앱타머 중 글리포세이트와 친화력이 가장 높은 앱타머는 Gly8 임을 알 수 있었다 (도 7 참조).As a result of the analysis, we obtained the dissociation constant (Kd, a numerical value of the affinity between the aptamer and the glyphosate and the comparator) (see Table 2), and the glyphosate and affinity The highest aptamer was found to be Gly8 (see FIG. 7).

Figure pat00001
Figure pat00001

<6-2> <6-2> 글리포세이트Glyphosate 특이 결합  Specific binding 앱타머의Of app tamer 농도 별By concentration 친화력 측정 Affinity measurement

상기의 실험으로 확보한 Gly8에 대한 글리포세이트 농도 별 측정을 위해 실시예 <6-1>과 동일한 방법으로 센서 칩 SA에 앱타머를 고정시키고 탈락시켜 1200 RU 이상의 앱타머가 고정되는 것을 관찰하였다. In order to measure the glyphosate concentration of Gly8 obtained by the above experiment, the aptamer was fixed to the sensor chip SA in the same manner as in Example <6-1>, and the aptamer of 1200 RU or more was fixed.

이후, 글리포세이트를 HBS-EP 완충용액 상에 0, 0.001 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 5, 10 ppm의 농도로 준비하여 칩 상에 10 ㎕/min의 속도로 흘려주었다. 실험을 통해 얻은 결과는 BIAevolution software를 통해 분석하였으며, 그 결과 0.005 ppm의 글리포세이트 농도부터 친화력이 측정됨을 알 수 있었다(도 8 참조). Then, glyphosate was prepared at a concentration of 0, 0.001, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 5, and 10 ppm on the HBS-EP buffer solution at a rate of 10 μl / min on the chip. The results obtained through the experiments were analyzed by BIAevolution software. As a result, the affinity was measured from the glyphosate concentration of 0.005 ppm (see FIG. 8).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

<110> Chungbuk National University Industry Academic Cooperation Foundation <120> Glyphosate specific DNA aptamer and Uses Thereof <130> PN1610-357 <160> 12 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly1 <400> 1 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa tttcggtaat actagttggt 60 ctttccccgt tccattctgt ggagatagta agtgcaatct 100 <210> 2 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly2 <400> 2 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttcggatgcg ggtaattgaa 60 ttagtacggt ttgcctcttg tgagatagta agtgcaatct 100 <210> 3 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly3 <400> 3 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa tttgcttgta aagtcgtctc 60 ccagtgacgc cgtagtcttt cgagatagta agtgcaatct 100 <210> 4 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly4 <400> 4 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttgccaacaa tctgtaagct 60 cgtgaaggtt tgctaatatc cgagatagta agtgcaatct 100 <210> 5 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly5 <400> 5 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttcggatgcg ggtaattgaa 60 ttagtgcggt ttgccccttg tgagatagta agtgcaatct 100 <210> 6 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly6 <400> 6 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttggaatgac ctggattgac 60 ccgtgagtgt agcatttgtc cgagatagta agtgcaatct 100 <210> 7 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly7 <400> 7 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttttacagaa cgactaacgt 60 cgctccgggt acttctccat cgagatagta agtgcaatct 100 <210> 8 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly8 <400> 8 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttcttctagt aattggactc 60 tgcagtagag ctgtctaggt ggagatagta agtgcaatct 100 <210> 9 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> template DNA <400> 9 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttnnnnnnnn nnnnnnnnnn 60 nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnagatagta agtgcaatct 100 <210> 10 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer <400> 10 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa tt 42 <210> 11 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer <400> 11 agattgcact tactatct 18 <210> 12 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer_bitinylated <400> 12 agattgcact tactatct 18 <110> Chungbuk National University Industry Academic Cooperation Foundation <120> Glyphosate specific DNA aptamer and Uses Thereof <130> PN1610-357 <160> 12 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly1 <400> 1 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa tttcggtaat actagttggt 60 ctttccccgt tccattctgt ggagatagta agtgcaatct 100 <210> 2 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly2 <400> 2 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttcggatgcg ggtaattgaa 60 ttagtacggt ttgcctcttg tgagatagta agtgcaatct 100 <210> 3 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly3 <400> 3 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa tttgcttgta aagtcgtctc 60 ccagtgacgc cgtagtcttt cgagatagta agtgcaatct 100 <210> 4 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly4 <400> 4 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttgccaacaa tctgtaagct 60 cgtgaaggtt tgctaatatc cgagatagta agtgcaatct 100 <210> 5 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly5 <400> 5 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttcggatgcg ggtaattgaa 60 ttagtgcggt ttgccccttg tgagatagta agtgcaatct 100 <210> 6 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly6 <400> 6 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttggaatgac ctggattgac 60 ccgtgagtgt agcatttgtc cgagatagta agtgcaatct 100 <210> 7 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly7 <400> 7 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttttacagaa cgactaacgt 60 cgctccgggt acttctccat cgagatagta agtgcaatct 100 <210> 8 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer Gly8 <400> 8 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttcttctagt aattggactc 60 tgcagtagag ctgtctaggt ggagatagta agtgcaatct 100 <210> 9 <211> 100 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> template DNA <400> 9 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa ttnnnnnnnn nnnnnnnnnn 60 nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnagatagta agtgcaatct 100 <210> 10 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer <400> 10 ggtaatacga ctcactatag ggagatacca gcttattcaa tt 42 <210> 11 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer <400> 11 agattgcact tactatct 18 <210> 12 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer_bitinylated <400> 12 agattgcact tactatct 18

Claims (12)

서열번호 1 내지 서열번호 8에 기재된 염기서열 중 어느 하나를 포함하는, 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머.A DNA aptamer that specifically binds to glyphosate, comprising any one of the nucleotide sequences set forth in SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 8. 제1항에 있어서,
상기 DNA 앱타머는 표지물질을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 DNA 앱타머.
The method according to claim 1,
Wherein the DNA aptamer further comprises a labeling substance.
제2항에 있어서,
상기 표지물질은 형광물질, 바이오틴, 스트렙트아비딘, 아민기, 바이오틴 및 는 티올기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 표지물질이 상기 DNA 앱타머의 5'말단 또는 3'말단에 표지되는 것을 특징으로 하는 DNA 앱타머.
3. The method of claim 2,
Wherein the labeling substance is labeled at the 5'end or 3'end of the DNA aptamer, wherein the labeling substance is selected from the group consisting of a fluorescent substance, biotin, streptavidin, an amine group, biotin and a thiol group The DNA aptamer.
제1항에 있어서,
상기 DNA 앱타머는 상기 DNA 앱타머를 구성하는 하나 이상의 뉴클레오타이드의 리보스 2' 위치의 하이드록시기가 수소원자, 불소원자, -OR, -COOR 및 아미노기로 이루어진 군 중 어느 하나로 치환된 것을 특징으로 하는 DNA 앱타머.
The method according to claim 1,
Wherein the DNA aptamer is a DNA aptamer wherein the hydroxy group at the 2 'position of the ribosome of the at least one nucleotide constituting the DNA aptamer is substituted with any one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, -OR, -COOR and an amino group Tamer.
제1항의 DNA 앱타머를 포함하는 글리포세이트의 검출, 회수 또는 제거용 조성물.A composition for the detection, recovery or removal of glyphosate comprising the DNA aptamer of claim 1. 제1항의 DNA 앱타머를 포함하는 글리포세이트 검출 또는 제거용 키트.A kit for detecting or removing glyphosate comprising the DNA aptamer of claim 1. 서열번호 1 내지 8로 표시되는 폴리뉴클레오티드를 가지는 DNA 앱타머 중 1종 이상의 DNA 앱타머가 고정화된 기판.Wherein at least one DNA aptamer among DNA aptamers having polynucleotides represented by SEQ ID NOS: 1 to 8 is immobilized. 제7항에 있어서,
상기 기판은 마이크로티터 플레이트(microtiter plate), 비드(bead), 멤브레인(membrane) 또는 칩(chip)인 것을 특징으로 하는 DNA 앱타머가 고정화된 기판.
8. The method of claim 7,
Wherein the substrate is a microtiter plate, a bead, a membrane, or a chip.
글리포세이트에 특이적으로 결합하는 서열번호 1 내지 서열번호 8의 염기서열로 이루어진 군 중 선택된 어느 하나의 염기서열을 갖는 글리포세이트 결합 DNA 앱타머를 고정시킨 컬럼 시스템.A column system in which a glyphosate-linked DNA aptamer having any one selected from the group consisting of nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 1 to 8 specifically binding to glyphosate is immobilized. (a) 글리포세이트를 함유하는 것으로 의심되는 시료와 제1항의 DNA 앱타머를 접촉시키는 단계; 및
(b) 글리포세이트와 DNA 앱타머의 결합 여부를 확인하는 단계를 포함하는, 글리포세이트를 검출하는 방법.
(a) contacting a sample suspected of containing glyphosate with the DNA aptamer of claim 1; And
(b) determining whether glyphosate is bound to a DNA aptamer.
(a) 글리포세이트를 함유하는 것으로 의심되는 시료와 제1항의 DNA 앱타머를 접촉시켜 글리포세이트 및 DNA 앱타머의 복합체를 형성하는 단계; 및
(b) 상기 복합체를 제거하는 단계를 포함하는, 글리포세이트를 제거하는 방법.
(a) contacting a sample suspected of containing glyphosate with the DNA aptamer of claim 1 to form a complex of glyphosate and DNA aptamer; And
(b) removing the complex.
(a) PCR 증폭을 통해 DNA 라이브러리를 생성하는 단계;
(b) 상기 증폭된 DNA 라이브러리를 대상으로 비대칭 PCR 기법을 이용하여ssDNA를 선별하는 단계;
(c) 글리포세이트가 고정된 센서 칩을 준비하는 단계; 및
(d) 상기 센서 칩을 이용 SELEX(Systemic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) 기법을 통해 글리포세이트에 결합하는 DNA 앱타머를 분리하는 단계를 포함하는, 글리포세이트에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머의 제조방법.
(a) generating a DNA library through PCR amplification;
(b) selecting ssDNA using the asymmetric PCR technique for the amplified DNA library;
(c) preparing a sensor chip to which the glyphosate is immobilized; And
(d) isolating a DNA aptamer that binds to glyphosate through a SELEX (Systemic Evolution of Ligand by Exponential Enrichment) technique using the sensor chip, wherein the DNA aptamer specifically binding to glyphosate &Lt; / RTI &gt;
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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