KR20190142555A - Method for detecting microorganisms using multiple probe hybridization - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for detecting microorganisms using multi-probe hybridization. The detection method according to one aspect may detect microorganisms without culturing microorganisms, or purifying or amplifying genetic materials by a step of concentrating the microorganisms in a sample. In addition, since the microorganisms contained in the sample may be immobilized and repeatedly detected by a washing process, multiple detection may be performed using various probes.

Description

다중 프로브 혼성화를 이용한 미생물 검출 방법{Method for detecting microorganisms using multiple probe hybridization}Method for detecting microorganisms using multiple probe hybridization

다중 프로브 혼성화를 이용한 미생물 검출 방법에 관한 것이다.A microbial detection method using multiple probe hybridization.

일반적으로 병원성 미생물을 진단하기 위한 방법으로, 현미경을 이용하여 관찰하는 방법, 병원성 미생물의 특정 항원을 검출하는 면역학적 방법, 그리고 PCR 기술을 이용하여 특정 유전자를 증폭하는 방법 등이 이용되고 있다. 그러나, 현미경적 관찰 방법을 적용하려면 병원체가 일반 현미경으로 관찰할 수 있을 정도로 커야 하고, 표본에서 쉽게 찾아볼 수 있을 정도로 밀도가 높아야 할 뿐만 아니라 그 형태가 다른 생물체와 뚜렷하게 구분되어야 한다. 즉, 바이러스와 같은 미세한 생물체나 서로 모양이 유사한 세균들의 경우에는 현미경을 이용해서는 정확한 진단이 어렵다. 또한, 병원성 미생물의 항원을 추적하는 면역학적 방법은 원인 생물체를 정확하게 진단할 수는 있지만, 이를 위해서는 원인 병원성 미생물의 밀도가 충분히 높아야만 하고 모든 병원성 미생물의 유일 항원에 대한 항체를 입수하는 것이 항상 가능하지 않다는 문제점이 있다. 또한, 병원성 미생물만이 갖는 특정 유전자를 증폭한 후 이 유전자의 존재 여부를 확인하여 진단하는 PCR 방법은 정확한 진단을 가능하게 하지만 반드시 유전자 증폭과정을 거쳐야 하기 때문에 여러 가지 요인에 의해서 크게 영향을 받는다. 예를 들면, 유전물질을 정제하는 과정에서 남아 있는 불순물들이 증폭을 저해하거나 비특이적 증폭을 유발할 수 있고, 유전물질을 정제하고 유전자를 증폭하는 과정에서 많은 시간과 비용이 소요되며, 고가의 정밀 기기와 숙련된 전문가를 필요로 하는 등의 문제점이 있다. 따라서, 유전자를 증폭하지 않고 고농도의 병원성 미생물을 얻기 위해 미생물을 배양하기도 하지만 미생물을 동정하기 전에는 해당 미생물의 배양 조건을 알기가 어렵기 때문에 배양하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 면역학적으로 형광 염색을 이용한 미생물 검출 방법은 선택적으로 미생물을 탐지할 수 없다는 단점이 있다.In general, as a method for diagnosing pathogenic microorganisms, a method of observing using a microscope, an immunological method for detecting a specific antigen of a pathogenic microorganism, and a method for amplifying a specific gene using PCR techniques are used. However, the application of microscopic methods requires pathogens to be large enough to be observed under normal microscopy, dense enough to be easily found in the specimen, and distinct in form from other organisms. In other words, microscopic organisms such as viruses or bacteria that are similar in shape to each other are difficult to accurately diagnose using a microscope. In addition, immunological methods of tracking antigens of pathogenic microorganisms can accurately diagnose the causative organism, but this requires that the causative pathogenic microorganisms have a high density and that it is always possible to obtain antibodies to the unique antigen of all pathogenic microorganisms. There is a problem that it does not. In addition, the PCR method of amplifying a specific gene possessed only by pathogenic microorganisms and then confirming the existence of the gene is capable of accurate diagnosis, but it is greatly influenced by various factors because the gene amplification process must be performed. For example, impurities remaining in the process of refining the genetic material may inhibit amplification or cause nonspecific amplification, and the process of purifying the genetic material and amplifying the gene may be time consuming and expensive. There is a problem such as requiring a skilled professional. Therefore, the microorganism may be cultured to obtain a high concentration of pathogenic microorganisms without amplifying the gene, but it is difficult to culture the microorganisms because it is difficult to know the culture conditions of the microorganisms. In addition, the microbial detection method using fluorescence staining immunologically has the disadvantage that it can not selectively detect the microorganisms.

이에, 본 발명자는 상기와 같은 종래 미생물을 진단, 검출하는 방법에 대한 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 미생물을 농축함으로써 미생물 배양이나 유전자 증폭 없이도 반복적으로 검출이 가능한 미생물의 동정 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made a thorough research to solve the problems of the conventional methods for diagnosing and detecting the above-described microorganisms. As a result, the present inventors have developed a method for identifying microorganisms that can be repeatedly detected without microbial culture or gene amplification by concentrating microorganisms. The present invention has been completed.

일 양상은 미생물을 농축 및 고정화함으로써 미생물을 배양하거나 유전 물질을 증폭하지 않고도 미생물을 검출할 수 있고, 하나 이상의 프로브를 순차적으로 혼성화하여 미생물을 검출할 수 있는 방법을 제공한다.One aspect provides a method by which microorganisms can be detected by enriching and immobilizing microorganisms without culturing the microorganisms or amplifying genetic material, and by hybridizing one or more probes sequentially.

일 양상은 시료 내 포함된 미생물을 농축하거나 고정화하는 단계; 및 표지된 프로브를 상기 미생물에 순차적으로 접촉시켜 미생물과 혼성화하고, 상기 순차적으로 혼성화된 프로브로부터 각각 방출되는 신호를 검출하는 단계를 포함하는 미생물의 다중 검출방법을 제공한다.One aspect includes concentrating or immobilizing microorganisms contained in a sample; And hybridizing the labeled probe to the microorganism by sequentially contacting the labeled probe, and detecting a signal emitted from the sequentially hybridized probe, respectively.

상기 미생물의 다중 검출방법은 시료 내 포함된 미생물을 농축하거나 고정화하는 단계를 포함한다.The multiple detection method of the microorganism includes the step of concentrating or immobilizing the microorganism contained in the sample.

본 명세서에서, 상기 "시료(sample)"는 생체 시료, 환경 시료, 또는 식품 시료를 포함할 수 있다. In the present specification, the "sample" may include a biological sample, an environmental sample, or a food sample.

상기 생체 시료는 생체내 또는 시험관내로부터 수득한 생물학적 조직 또는 체액 기원의 시료를 포함하는 생물학적 대상체로부터 수득한 시료를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 상기 생체 시료는 사람을 포함하는 포유동물로부터 단리된 체액 (예를 들어, 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 객담 또는 소변), 기관, 조직, 분획, 및 세포일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 또한, 생체 시료로부터의 추출물, 예를 들어, 생물학적 유체 (예를 들어, 혈액 또는 소변)로부터의 항체, 단백질 등을 포함할 수 있다. The biological sample may refer to a sample obtained from a biological subject including a sample of biological tissue or body fluid origin obtained in vivo or in vitro. Specifically, the biological sample may be, but is not limited to, body fluids (eg, blood, plasma, serum, saliva, sputum or urine), organs, tissues, fractions, and cells isolated from mammals, including humans. Do not. It may also include extracts from biological samples, such as antibodies, proteins, and the like, from biological fluids (eg, blood or urine).

상기 환경 시료는 수질 시료 또는 토양 시료를 포함할 수 있다.The environmental sample may include a water sample or a soil sample.

상기 시료는 미생물이 포함된 것일 수 있다.The sample may include a microorganism.

상기 방법에서, 농축하거나 고정화하는 단계는 시료와 자성 입자를 접촉시켜 시료 내 포함된 미생물이 자성 입자와 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the method, the step of concentrating or immobilizing may further include contacting the sample with the magnetic particles to bind the microorganisms contained in the sample with the magnetic particles.

본 명세서에서, 상기 "자성 입자"는 상자성을 띠는 입자를 지칭할 수 있다. 상자성이란 자기장이 존재할 때 자기장의 방향으로 약하게 자화되는 성질을 의미한다. 상기 자성 입자들은 공지된 방법을 통해서 제조한 것이거나, 또는 상업적으로 판매되는 것일 수 있다. 상기 자성 입자의 직경은 특별히 제한되지 않으나, 직경이 작은 자성 나노 입자일 수 있고, 1 nm 내지 500 nm, 50 nm 내지 400 nm, 또는 100 nm 내지 300 nm일 수 있으며, 상기 자성 입자의 자성 물질은 자성금속 또는 자성금속 산화물(예를 들면, 산화철 등의 산화금속)인 것을 특징으로 한다. 상기 자성 금속은 철족금속 원소(Fe, Ni, Co), 희토류 원소(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 화폐금속 원소(Cu, Ag, Au), 아연족 원소(Zn, Cd, Hg), 알루미늄족원소(Al, Ga, In, Tl), 알칼리토금속 원소(Ca, Sr, Ba, Ra) 및 백금족 원소(Pt, Pd 등)에서 하나 이상 선택된 금속 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것일 수 있다. 일 구체예의 상기 자성 입자의 종류는 예를 들면, Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 및 MpOq로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 M 및 M'는 각각 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr을 나타내고, 0<p<=3 이며, 0<q<=5일 수 있다.In the present specification, the "magnetic particles" may refer to particles having paramagnetic. Paramagnetic refers to the property of weakly magnetizing in the direction of a magnetic field when it is present. The magnetic particles may be prepared by known methods or may be commercially available. The diameter of the magnetic particles is not particularly limited, but may be small magnetic nanoparticles, 1 nm to 500 nm, 50 nm to 400 nm, or 100 nm to 300 nm, the magnetic material of the magnetic particles It is characterized in that it is a magnetic metal or a magnetic metal oxide (for example, a metal oxide such as iron oxide). The magnetic metal is iron group metal elements (Fe, Ni, Co), rare earth elements (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), money Metal elements (Cu, Ag, Au), zinc group elements (Zn, Cd, Hg), aluminum group elements (Al, Ga, In, Tl), alkaline earth metal elements (Ca, Sr, Ba, Ra) and platinum group elements ( Pt, Pd, etc.) may be made of one or more selected metals or alloys thereof. The magnetic particle of one embodiment may include, for example, at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' 2 O 4 and MpOq. Herein, M and M 'each represent Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd or Cr, and 0 <p <= 3 and 0 <q <= 5.

상기 자성 입자는 표면에 미생물 부착 인자가 코팅된 것일 수 있다. 본 명세서에서, 용어 "미생물 부착 인자"는 바이러스, 박테리아, 원생동물 등의 다양한 미생물의 표면에 있는 당단백질이나 탄수화물에 결합(부착)할 수 있는 인자로서, 예를 들어, 임의의 다양한 종류의 미생물에 결합할 수 있는 항체, 항체의 단편, 앱타머, 핵산, 펩티드, 단백질, 또는 임의의 화합물일 수 있다. 상기 미생물 부착 인자는, 예를 들어, 만노스 결합 렉틴(mannose binding lectin: MBL), C 반응성 단백질(C-reactive protein: CRP), 옵소닌, CD14, 톨 유사 수용체 4(Toll like receptor 4: TLR4), NET(Neutrophil extracellular trap), 및 사이토카인 수용체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The magnetic particles may be coated with a microorganism adhesion factor on the surface. As used herein, the term “microbial adhesion factor” is a factor capable of binding to (glue) glycoproteins or carbohydrates on the surface of various microorganisms such as viruses, bacteria, protozoa, and the like, for example, any of various kinds of microorganisms. An antibody capable of binding to, a fragment of the antibody, an aptamer, a nucleic acid, a peptide, a protein, or any compound. The microorganism adhesion factor is, for example, mannose binding lectin (MBL), C-reactive protein (CRP), opsonin, CD14, toll like receptor 4 (Toll like receptor 4: TLR4) It may comprise one or more selected from the group consisting of, NET (Neutrophil extracellular trap), and cytokine receptor.

상기 자성 입자 표면에 다양한 종류의 미생물에 결합할 수 있는 다양한 종류의 미생물 부착 인자가 코팅되는 경우, 상기 자성 입자는 미생물 부착 인자를 통해서 시료 내 포함된 임의의 미생물과 결합할 수 있다.When various kinds of microorganism adhesion factors capable of binding various kinds of microorganisms are coated on the surface of the magnetic particles, the magnetic particles may bind to any microorganism included in the sample through the microorganism adhesion factors.

상기 자성 입자 표면에 특정한 종류의 미생물에 결합할 수 있는 표적 미생물 부착 인자가 코팅되는 경우, 상기 자성 입자는 표적 미생물 부착 인자를 통해서 시료 내 포함된 특정한 미생물과 결합할 수 있다.When the surface of the magnetic particle is coated with a target microorganism adhesion factor capable of binding to a specific kind of microorganism, the magnetic particle may bind with a specific microorganism included in the sample through the target microorganism adhesion factor.

상기 시료와 자성 입자를 접촉시켜 시료 내 포함된 미생물이 자성 입자와 결합하는 단계에서, 상기 자성 입자와 결합된 미생물을 포함하는 시료에 자기장을 인가하여 미생물을 고정화 할 수 있다. 상기 자기장은 통상적인 모든 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전자기 유도에 의한 전자석, 영구 자석 등의 자석 등을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 자석은 하나 이상 포함될 수 있으며, 직렬, 병렬, 원형 등 다양한 배열로 적용될 수 있다. 상기 자기장 인가는 pH, 온도, 이온 등과 같은 주변 환경에 영향을 받지 않으므로 안정성이 우수한 특징이 있다.In the step of contacting the sample with the magnetic particles and the microorganisms contained in the sample and the magnetic particles, a magnetic field may be applied to the sample containing the microorganisms combined with the magnetic particles to immobilize the microorganisms. The magnetic field can be formed by any conventional method. For example, it may be performed using an electromagnet by electromagnetic induction, a magnet such as a permanent magnet, or the like. One or more magnets may be included, and may be applied in various arrangements, such as series, parallel, and circular. The magnetic field is not affected by the surrounding environment such as pH, temperature, ions, etc., and thus has excellent stability.

본 발명의 일 구체예에서, 시료와 미생물 부착 인자가 코팅된 자성 입자를 접촉시켜 시료 내 포함된 미생물이 자성 입자와 결합하게 한다. 이와 같이 미생물이 결합된 자성 입자를 포함하는 시료에 자기장을 인가하여 자성 입자를 고정화 시킴으로써 시료 내 포함된 미생물이 자성 입자와 함께 고정화되어 미생물을 제외한 나머지 시료와 분리될 수 있으므로, 시료 내 미생물을 농축할 수 있다. 또한, 미생물을 고정화 할 수 있으므로 순차적으로 프로브를 접촉시킴으로써 미생물을 다중 검출할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the microparticles contained in the sample are bound to the magnetic particles by contacting the sample and the magnetic particles coated with the microorganism adhesion factor. As such, by applying a magnetic field to a sample including magnetic particles to which microorganisms are bound to fix the magnetic particles, the microorganisms contained in the sample may be immobilized together with the magnetic particles and separated from the remaining samples except for the microorganisms. can do. In addition, since microorganisms can be immobilized, multiple microorganisms can be detected by sequentially contacting probes.

상기 미생물의 다중 검출방법은 표지된 프로브를 상기 미생물에 순차적으로 접촉시켜 미생물과 혼성화하고, 상기 순차적으로 혼성화된 프로브로부터 각각 방출되는 신호를 검출하는 단계를 포함한다.The multiple detection method of the microorganisms includes the steps of sequentially contacting the labeled probes with the microorganisms to hybridize with the microorganisms, and detecting the signals emitted from the sequentially hybridized probes, respectively.

상기 신호를 검출하는 단계에 있어서, 미생물과 혼성화된 하나의 프로브로부터 방출되는 신호를 검출한 후, 다른 프로브를 혼성화 시키기 전에, 상기 하나의 프로브를 세척하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 세척은 당업계에서 프로브를 세척하는 데 사용되는 임의의 시료에 의하여 수행될 수 있고, 예를 들어, 포름아마이드를 포함하는 용액으로 수행하는 것일 수 있다. 상기 포름아마이드의 농도는 당업자에 의해 바람직한 농도로 선택될 수 있으나, 약 10%(v/v) 내지 약 90%(v/v), 또는 약 40%(v/v) 내지 약 80%(v/v) 농도일 수 있다. In the detecting of the signal, after detecting the signal emitted from one probe hybridized with the microorganism, the method may include washing the one probe before hybridizing the other probe. The washing may be performed by any sample used to wash the probe in the art, for example, may be performed with a solution containing formamide. The concentration of formamide may be selected by a person skilled in the art to a preferred concentration, but from about 10% (v / v) to about 90% (v / v), or from about 40% (v / v) to about 80% (v / v) concentration.

상기 세척은 1회, 또는 2회 이상 반복하여 수행하는 것일 수 있다.The washing may be performed once, or repeatedly performed two or more times.

상기 세척은 약 70 내지 75℃에서 포름아마이드 용액으로 세척하는 것일 수 있다.The washing may be washing with a formamide solution at about 70 to 75 ℃.

상기 세척하는 단계에 의해, 미생물에 결합된 하나의 프로브가 제거될 수 있다. 세척 후, 상기 하나의 프로브는 세척 전에 비해 10% 이하, 예를 들어, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% 또는 0%로 남아있을 수 있다.By the washing step, one probe bound to the microorganism may be removed. After washing, the single probe is 10% or less than before washing, for example 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% or 0 May remain as a%.

상기 세척하는 단계에 의해 미생물에 결합된 하나의 프로브를 효과적으로 제거함으로써 다른 프로브를 혼성화한 후에도 노이즈(noise)가 생기지 않아 높은 민감도, 높은 특이적, 높은 재현율로 미생물을 검출할 수 있다. By effectively removing one probe bound to the microorganism by the washing step, noise is not generated even after hybridizing the other probe, so that the microorganism can be detected with high sensitivity, high specificity, and high reproducibility.

상기 하나의 프로브와 다른 프로브는, 시료 내 서로 상이한 2종 이상의 미생물에 순차적으로 각각 혼성화할 수 있는 상이한 구별되는 프로브일 수 있다. 또한, 상기 프로브는 시료 내 동일한 한 종류의 미생물과 반복하여 혼성화 할 수 있는 동일한 프로브일 수 있다. 또한, 상기 프로브는 시료 내 서로 상이한 2종 이상의 미생물 내의 동일한 영역에 혼성화 할 수 있는 동일한 프로브일 수 있다. 또한, 상기 프로브는 시료 내 동일한 종류의 미생물 내의 상이한 영역에 각각 혼성화 할 수 있는 상이한 프로브일 수 있다. The one probe and the other probe may be different distinguishing probes which may each hybridize sequentially to two or more different microorganisms in the sample. In addition, the probe may be the same probe that can be repeatedly hybridized with the same microorganism in the sample. In addition, the probe may be the same probe capable of hybridizing to the same region in two or more different microorganisms in the sample. In addition, the probe may be a different probe capable of hybridizing to different regions in the same kind of microorganism in the sample, respectively.

상기 동일한 프로브는 동일하거나 상이한 표지물질로 표지된 것일 수 있다. 또한, 상기 상이한 프로브는 동일하거나 상이한 표지물질로 표지된 것일 수 있다.The same probe may be labeled with the same or different label. In addition, the different probes may be labeled with the same or different label.

상기 방법에서, 상기 표지된 프로브는 형광물질, 발색물질, 또는 화학발광물질로 표지되어 있는 것일 수 있다. 상기 프로브가 형광물질, 발색물질, 또는 화학발광물질의 표지물질로 표지됨으로써 미생물을 시각화(또는 이미징)하고, 미생물을 검출할 수 있다. In the method, the labeled probe may be labeled with a fluorescent material, a coloring material, or a chemiluminescent material. The probe may be labeled with a fluorescent material, a coloring material, or a label of a chemiluminescent material to visualize (or image) the microorganism and detect the microorganism.

상기 형광물질은 FAM, VIC, HEX, Cy5, Cy3, SYBR Green, DAPI, TAMRA, FITC, RITC, 로다민, 프루오르다이트(Fluoredite), 프루오르프라임 (FluorePrime), 및 ROX로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형광물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 형광물질로 표지된 프로브를 사용하면, 각각의 형광 시그널의 변동에 의해, 단순 이미징만으로 혼성화와 해리를 용이하게 확인할 수 있다. The fluorescent material is selected from the group consisting of FAM, VIC, HEX, Cy5, Cy3, SYBR Green, DAPI, TAMRA, FITC, RITC, Rhodamine, Fluoredite, FluorePrime, and ROX It may include one or more fluorescent materials, but is not limited thereto. By using a probe labeled with such a fluorescent substance, hybridization and dissociation can be easily confirmed only by simple imaging by variation of each fluorescent signal.

상기 발색물질은 호스래디쉬 퍼옥시다아제(horse radish peroxidase: HRP), 알칼리 포스파타제(Alkaline Phosphatase: ALP),

Figure pat00001
-D-갈락토시다제(
Figure pat00002
-D-galactosidase:
Figure pat00003
-Gal)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The coloring material is horse radish peroxidase (HRP), alkaline phosphatase (Alkaline Phosphatase: ALP),
Figure pat00001
-D-galactosidase (
Figure pat00002
-D-galactosidase:
Figure pat00003
-Gal), but is not limited thereto.

상기 화학발광물질은 GFP, 루시페린 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The chemiluminescent material may include GFP, luciferin, and the like, but is not limited thereto.

상기 방법에서, 상기 "프로브"는 미생물의 일부, 예를 들어, 미생물의 표면에 발현된 다당체, 미생물 내 유전물질(DNA, RNA 등), 미생물의 단백질에 결합하는 항체, 앱타머, DNA, RNA, PNA(Peptide Nucleic Acid), 올리고사카라이드, 펩티드 또는 단백질을 지칭할 수 있다. In this method, the "probe" is a part of the microorganism, for example, a polysaccharide expressed on the surface of the microorganism, genetic material in the microorganism (DNA, RNA, etc.), an antibody binding to the protein of the microorganism, aptamers, DNA, RNA , PNA (Peptide Nucleic Acid), oligosaccharides, peptides or proteins.

상기 방법에서, 혼성화된 프로브로부터 방출되는 신호를 검출하는 단계는 당업계에 알려진 방법, 예를 들어 조직화학, 면역조직화학, 면역형광, 발색 계내 혼성화, 형광 계내 혼성화(FISH) 등에 의해서 수행될 수 있다. In this method, the step of detecting a signal emitted from the hybridized probe may be performed by methods known in the art, for example, histology, immunohistochemistry, immunofluorescence, in situ hybridization, fluorescence in situ hybridization (FISH), or the like. have.

미생물과 혼성화된 프로브로부터 방출되는 신호가 존재하는 부분의 신호와 그 이외의 부분의 신호를 비교함으로써 미생물의 존재 유무나 미생물의 종류를 결정할 수 있다. 또한, 미리 알고 있는 농도의 미생물을 포함하는 표준 시료를 이용해 비교함으로써 시료 내 포함된 미생물의 농도를 구할 수 있다.The presence or absence of the microorganism and the type of the microorganism can be determined by comparing the signal of the portion where the signal emitted from the probe hybridized with the microorganism exists and the signal of the other portion. In addition, the concentration of the microorganisms contained in the sample can be obtained by comparison using a standard sample containing the microorganisms at a known concentration.

상기 방법에서, 미생물을 배양하는 단계 또는 미생물의 유전물질을 증폭하는 단계를 포함하지 않는다. 일반적으로, 생체 시료, 환경 시료, 또는 식품 시료 내 포함된 미생물은 미량인 경우가 많기 때문에, 종래 표지된 프로브를 미생물과 결합시켜 표지된 프로브로부터 방출되는 신호를 측정하는 방법은 효율성이 떨어지는 문제점이 있다. 측정 효율을 증가시키기 위해서 시료 내 미생물을 정제하거나, 미생물의 유전물질을 PCR 등의 방법으로 증폭시키거나 미생물을 배양하는 기술이 사용되고 있으나, 미생물을 정제하는 과정에서 변형이 일어날 수 있고, 유전물질을 증폭시키는 과정은 시간이 오래 걸리고 유전정보를 모르는 경우 사용할 수 없으며, 미지의 미생물이 포함된 경우나 다수의 미생물이 포함된 경우 배양 조건을 설정하기가 어렵다. 그러나, 상기 방법의 일 구체예에 따르면 미생물을 자성 입자에 부착시키고 자성 입자를 자기장에 의해 분리해냄으로써 미생물을 농축하거나 고정화시킬 수 있으므로 미생물을 배양하는 단계 또는 미생물의 유전물질을 증폭하는 단계를 포함하지 않고도 미생물을 효율적으로 검출할 수 있다.The method does not include culturing the microorganism or amplifying the genetic material of the microorganism. In general, since microorganisms contained in biological samples, environmental samples, or food samples are often very small, the method of measuring signals emitted from labeled probes by combining a conventionally labeled probe with a microorganism is inefficient. have. In order to increase measurement efficiency, microorganisms in a sample are purified, microorganism genetic material is amplified by PCR, or a method of culturing microorganisms. However, in the process of purifying microorganisms, modification may occur, and The amplification process takes a long time and cannot be used when genetic information is not known, and it is difficult to set culture conditions when unknown microorganisms are included or when a large number of microorganisms are included. However, according to one embodiment of the method includes culturing the microorganism or amplifying the genetic material of the microorganism because the microorganism can be concentrated or immobilized by attaching the microorganism to the magnetic particle and separating the magnetic particle by the magnetic field. Microbes can be detected efficiently without

상기 방법에서, 상기 미생물은 박테리아, 바이러스, 곰팡이균, 진균, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. In the method, the microorganism may include bacteria, viruses, fungi, fungi, or a combination thereof.

다른 양상은 시료 내 포함된 미생물을 농축하거나 고정화하는 단계; 및 표지된 프로브를 상기 미생물에 순차적으로 접촉시켜 미생물과 혼성화하고, 상기 순차적으로 혼성화된 프로브로부터 각각 방출되는 신호를 검출하는 단계를 포함하는 감염성 질환의 진단에 관한 정보를 제공하는 방법을 제공한다.Another aspect includes concentrating or immobilizing microorganisms contained in a sample; And contacting the labeled probes sequentially with the microorganisms to hybridize with the microorganisms, and detecting the signals emitted from the sequentially hybridized probes, respectively.

상기 정보를 제공하는 방법에서, 시료, 미생물 농축, 고정화, 표지된 프로브, 신호 검출에 대해서는 상술한 바와 같다. In the method of providing the above information, the sample, the microorganism enrichment, the immobilization, the labeled probe, and the signal detection are as described above.

상기 정보를 제공하는 방법은 신호가 방출된 프로브의 정보를 이용하여 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 종류를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.The method of providing the information may include determining whether the microorganism is present or the type of the microorganism by using information of the probe from which the signal is emitted.

예를 들어, E. coli에 특이적인 프로브를 사용한 경우, 이러한 프로브에서 신호가 방출된다면 시료 내 포함된 미생물의 종류로 E. coli를 판정할 수 있다. 시료 내 포함된 미생물의 종류를 판정함으로써 감염성 질환의 발병 가능성, 발병 여부, 또는 감염성 질환의 종류의 진단에 관한 정보를 제공할 수 있다.For example, if probes specific for E. coli are used, E. coli can be determined by the type of microorganisms contained in the sample if signals are emitted from these probes. By determining the type of microorganisms contained in the sample, it is possible to provide information regarding the possibility of the development of an infectious disease, whether or not it has occurred, or the diagnosis of the type of infectious disease.

일 양상에 따른 검출 방법은 시료 내 미생물을 농축하는 단계에 의해 미생물을 배양, 또는 유전물질을 정제 또는 증폭하지 않고 미생물을 검출할 수 있다. 또한, 시료 내 포함된 미생물을 고정화하여 세척 과정에 의해 반복적으로 검출할 수 있으므로, 다양한 프로브를 사용해 다중 검출이 가능하다. The detection method according to one aspect may detect the microorganism without culturing the microorganism or purifying or amplifying the genetic material by concentrating the microorganism in the sample. In addition, since the microorganisms contained in the sample may be immobilized and repeatedly detected by a washing process, multiple detection may be performed using various probes.

도 1은 미세유체채널에 자기장을 형성함으로써 자성 나노입자에 결합된 미생물을 채널에 농축한 사진이다.
도 2는 Cy3로 표지된 공통 프로브를 사용한 FISH 결과(A), Cy5로 표지된 E.coli 16s rRNA 특이적 프로브를 사용한 FISH 결과(B), 및 합병(merge)(C)의 현미경 사진이다.
도 3은 Cy3로 표지된 공통 프로브를 사용한 FISH 결과(A), Cy5로 표지된 S. aureus 16s rRNA 특이적 프로브를 사용한 FISH 결과(B), 및 합병(merge)(C)의 현미경 사진이다.
도 4는 S,aureus에 대한 1차 FISH 결과(A), 포름아마이드 용액으로 세척한 결과(B), S,aureus에 대한 2차 FISH 결과(C)의 형광 현미경 사진이다.
도 5는 E. coli에 대한 1차 FISH의 결과로, 위상차 현미경(A), Cy5 형광 검출(B), Cy3 형광 검출(C) 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 E. coli에 대한 2차 FISH의 결과로, 위상차 현미경(A), Cy3 형광 검출(B), Cy5 형광 검출(C) 결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 E. coli에 대한 3차 FISH의 결과로, 위상차 현미경(A), Cy5 형광 검출(B), Cy3 형광 검출(C) 결과를 나타낸 사진이다.
도 8은 E. coli에 대한 4차 FISH의 결과로, 위상차 현미경(A), Cy3 형광 검출(B), Cy5 형광 검출(C) 결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 E. coli에 대한 다중 FISH 결과를 Image J로 분석한 그래프이다(n=10).
FIG. 1 is a photograph of microorganisms bound to magnetic nanoparticles by concentrating a magnetic field in a microfluidic channel.
2 is a micrograph of FISH results (A) using a common probe labeled with Cy3, FISH results (B) using an E. coli 16s rRNA specific probe labeled with Cy5, and merge (C).
Figure 3 is a micrograph of FISH results (A) using a common probe labeled with Cy3, FISH results (B) using a S. aureus 16s rRNA specific probe labeled with Cy5, and merge (C).
Figure 4 is a fluorescence micrograph of the first FISH result (A), the result was washed with formamide solution (B), 2 car FISH result (C) of the S, aureus for the S, aureus.
5 is a photograph showing the results of the primary FISH for E. coli , phase contrast microscope (A), Cy5 fluorescence detection (B), Cy3 fluorescence detection (C).
FIG. 6 is a photograph showing the results of the second-order FISH for E. coli , phase contrast microscope (A), Cy3 fluorescence detection (B), and Cy5 fluorescence detection (C).
7 is a photograph showing the results of the third-order FISH for E. coli , phase contrast microscope (A), Cy5 fluorescence detection (B), Cy3 fluorescence detection (C).
8 is a photograph showing the results of phase difference microscope (A), Cy3 fluorescence detection (B), and Cy5 fluorescence detection (C) as a result of the fourth order FISH for E. coli .
Figure 9 is a graph of the multiple FISH results for E. coli by Image J (n = 10).

이하에서는 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하고자 하나, 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아니다. 아래 기재된 실시예들은 발명의 본질적인 요지를 벗어나지 않는 범위에서 변형될 수 있음은 당 업자들에게 있어 자명하다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, which are merely illustrative and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that the embodiments described below may be modified without departing from the essential gist of the invention.

실시예 1: 시료의 처리Example 1 Treatment of Sample

시료를 고정 및 농축하기 위해 자성 나노입자를 사용하였다. 구체적으로, 자성 나노입자(200 nm, Ademtec, France) 표면에 미생물 부착 단백질인 렉틴(10405-HNAS, Human Mannose Binding Lectin, Sinobio, China)을 코팅하였다. 표면에 렉틴이 코팅된 자성 나노입자를 미생물(E. coli 혹은 S. aureus)을 포함하는 TBST 버퍼 (5mM CaCl2 포함)와 혼합하였다. 자성 나노입자의 표면에 코팅된 렉틴에 의해 미생물이 자성 나노입자에 부착되고, 혼합된 자성 나노입자에 의해 시료 전체의 자화율이 변화한다. 이와 같은 방법으로 시료를 처리하여 준비하였다.Magnetic nanoparticles were used to fix and concentrate the samples. Specifically, lectin (10405-HNAS, Human Mannose Binding Lectin, Sinobio, China), which is a microbial adhesion protein, was coated on the surface of the magnetic nanoparticles (200 nm, Ademtec, France). Lactin-coated magnetic nanoparticles were mixed with TBST buffer (including 5 mM CaCl 2 ) containing microorganisms ( E. coli or S. aureus ). Microorganisms are attached to the magnetic nanoparticles by the lectins coated on the surface of the magnetic nanoparticles, and the magnetic susceptibility of the entire sample is changed by the mixed magnetic nanoparticles. The sample was processed and prepared in this way.

실시예 2: 자성입자를 이용한 시료 내 병원성 미생물의 농축Example 2 Concentration of Pathogenic Microorganisms in a Sample Using Magnetic Particles

시료 내에 존재하는 병원성 미생물을 농축하기 위해서, 먼저 시린지 펌프 또는 공압 펌프를 이용하여 99.9% 에탄올, 증류수, 1X PBS(Phosphate Buffered Saline)를 순서대로 미세유체채널의 주입부에 흘려보내주어 미세유체채널을 세척하였다. 사용된 미세유체채널은 포토리소그래피와 PDMS 마이크로몰딩 방법으로 제작하였다. 미세유체채널을 세척한 후, 상기 실시예 1과 같이 처리한 시료를 미세유체채널에 흘려주면서 동시에 영구자석 또는 전자석을 이용해 자기장을 형성하였다. 미세유체채널 주위에 자기장을 형성하면, 시료에 혼합된 자성 나노입자가 자기장 주변으로 모이게 된다. 여기서, 자기장 주변으로 포획된 자성 나노입자는 자성 나노입자의 표면에 고정화된 렉틴에 의해서 시료 내 병원성 미생물과 결합한 상태이다. In order to concentrate the pathogenic microorganisms present in the sample, first, 99.9% ethanol, distilled water, and 1X Phosphate Buffered Saline (PBS) are sequentially flowed into the inlet of the microfluidic channel using a syringe pump or a pneumatic pump. Washed. The microfluidic channels used were fabricated by photolithography and PDMS micromolding methods. After washing the microfluidic channel, the sample treated as in Example 1 was flowed into the microfluidic channel and at the same time a magnetic field was formed using a permanent magnet or an electromagnet. When a magnetic field is formed around the microfluidic channel, magnetic nanoparticles mixed in the sample are collected around the magnetic field. Here, the magnetic nanoparticles captured around the magnetic field are bound to the pathogenic microorganisms in the sample by lectins immobilized on the surface of the magnetic nanoparticles.

따라서, 시료가 미세유체채널을 통과하도록 흘려보내면, 시료 내의 미생물이 결합된 자성 나노입자가 자기장 주변에 부착되고 시료만 흘러가므로 미생물이 농축되는 효과가 있다. Therefore, when the sample flows through the microfluidic channel, the magnetic nanoparticles in which the microorganisms in the sample are bound are attached to the magnetic field and only the sample flows, so that the microorganisms are concentrated.

도 1은 미세유체채널에 자기장을 형성함으로써 자성 나노입자에 결합된 미생물을 채널에 농축한 사진이다.FIG. 1 is a photograph of microorganisms bound to magnetic nanoparticles by concentrating on a channel by forming a magnetic field in a microfluidic channel.

실시예 3: 미생물의 검출Example 3: Detection of Microorganisms

3.1 FISH(Fluorescent in situ Hybridization) 분석 방법3.1 Fluorescent in situ hybridization (FISH) analysis method

상기 실시예 2에서 농축된 미생물을 검출하기 위해 FISH 분석을 수행하였다. 미생물이 농축된 미세유체채널에 FISH 분석에 필요한 시약들인 세포 투과성 시약, FISH 버퍼(Fluorescence in situ Hybridization buffer), DAPI, 2X SSC 버퍼를 순서대로 채널로 흘려보내어 포획된 미생물에 대해 FISH 분석을 수행하였다. 모든 처리 후, 형광 현미경을 통해 이미지 분석을 수행하였다.FISH analysis was performed to detect the concentrated microorganisms in Example 2. FISH analysis was performed on the captured microorganisms by flowing the cell permeability reagent, FISH buffer (Fluorescence in situ Hybridization buffer), DAPI, and 2X SSC buffer into the channels in order to the microfluidic channel with microorganisms concentrated. . After all treatments, image analysis was performed via fluorescence microscopy.

3.2 미생물 특이적 프로브 염색을 통한 미생물 동정 3.2 Identification of Microbes by Microbial Specific Probe Staining

자성 나노입자에 부착되어 포획된 미생물들은 미생물의 표면에 발현되어 있는 다양한 다당체를 인식하는 면역단백질인 렉틴을 통해 자성 나노입자에 부착된 것이므로, 다양한 종류의 미생물 종을 가질 수 있다. 다양한 종류의 미생물들을 동정하기 위해서 다음과 같이 미생물 특이적 프로브로 염색하였다.The microorganisms attached to and captured by the magnetic nanoparticles may have various kinds of microbial species since they are attached to the magnetic nanoparticles through lectins, which are immunoproteins that recognize various polysaccharides expressed on the surface of the microorganisms. In order to identify various kinds of microorganisms, they were stained with a microorganism specific probe as follows.

3.2.1 3.2.1 E.coliE.coli 검출 detection

Cy3로 표지된 공통 프로브(GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG), 및 Cy5로 표지된 E.coli 16s rRNA 특이적 프로브(GGTAAGCGCCCTCCCGAAGGTTAAGCTACC)를 사용하여 상기 3.1과 같은 방법으로 FISH를 수행하였다. epi-형광 현미경을 사용하여, 광원: 130W Xenon 램프, acquisition condition: 20% power, CCD 노출 시간: 100ms인 조건에서 결과를 확인하였다.FISH was performed in the same manner as above 3.1 using a common probe labeled with Cy3 (GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG), and an E. coli 16s rRNA specific probe labeled with Cy5 (GGTAAGCGCCCTCCCGAAGGTTAAGCTACC). Using an epi-fluorescence microscope, the results were confirmed under conditions of a light source: 130 W Xenon lamp, acquisition condition: 20% power, CCD exposure time: 100 ms.

도 2A는 Cy3로 표지된 공통 프로브를 사용한 FISH를 결과를 확인한 현미경 사진이다.Figure 2A is a micrograph confirming the results of FISH using a common probe labeled with Cy3.

도 2B는 Cy5로 표지된 E. coli 16s rRNA 특이적 프로브를 사용한 FISH 결과를 확인한 현미경 사진이다.Figure 2B is a micrograph confirming the FISH results using an E. coli 16s rRNA specific probe labeled with Cy5.

도 2C는 도 2A 및 도 2B를 합병(merge)한 사진이다.FIG. 2C is a photograph in which FIG. 2A and FIG. 2B are merged.

도 2A-C에 나타낸 바와 같이, 미생물을 농축함으로써 미생물을 정제, 또는 배양하거나 핵산을 증폭하는 과정 없이도 시료 내에 존재하는 다양한 미생물이 검출되었으며, 이들 중 E.coli를 특이적으로 검출할 수 있음을 확인하였다.As shown in Fig. 2A-C, by concentrating the microorganisms, various microorganisms present in the sample were detected without the process of purifying or culturing the microorganism or amplifying the nucleic acid, and among them, E. coli can be specifically detected. Confirmed.

3.2.2 3.2.2 S.aureusS.aureus 검출 detection

상기 E. coli를 검출한 것과 동일한 시료에서, S. aureus를 검출하기 위하여 상기 3.2.1과 동일한 방법으로 FISH를 수행하되, 프로브를 Cy3로 표지된 공통 프로브, 및 Cy5로 표지된 16s rRNA S. aureus 특이적 프로브(GGGATTTGCTTGACCTCGCGGTTTCGCTGCCC)로 변경하였다. In the same sample from which the E. coli was detected, FISH was carried out in the same manner as in 3.2.1 to detect S. aureus , but the probes were a common probe labeled with Cy3, and a 16s rRNA S. labeled with Cy5. aureus Changed to specific probes (GGGATTTGCTTGACCTCGCGGTTTCGCTGCCC).

도 3A는 Cy3로 표지된 공통 프로브를 사용한 FISH 결과를 확인한 현미경 사진이다.Figure 3A is a micrograph confirming the FISH results using a common probe labeled with Cy3.

도 3B는 Cy5로 표지된 S. aureus 16s rRNA 특이적 프로브를 사용한 FISH 결과를 확인한 현미경 사진이다.3B shows S. aureus labeled Cy5 It is a photomicrograph which confirmed the FISH result using the 16s rRNA specific probe.

도 3C는 도 3A 및 도 3B를 합병(merge)한 사진이다.3C is a photograph of the merged FIGS. 3A and 3B.

도 3A-C에 나타낸 바와 같이, 미생물을 농축함으로써 미생물을 정제, 또는 배양하거나 핵산을 증폭하는 과정 없이도 시료 내에 존재하는 다양한 미생물이 검출되었으며, 이들 중 S. aureus를 특이적으로 검출할 수 있음을 확인하였다.As shown in FIGS. 3A-C, by concentrating the microorganisms, various microorganisms present in the sample were detected without the process of purifying or culturing the microorganisms or amplifying the nucleic acid. Among them, S. aureus can be specifically detected. Confirmed.

실시예 4. 다중 FISH 분석Example 4. Multiple FISH Assays

상기 실시예 3을 통해, 미생물을 농축함으로써 별도의 정제 단계, 배양 단계 또는 증폭 단계 없이도 미생물을 효과적으로 검출할 수 있음을 확인하였다.Through Example 3, it was confirmed that the microorganisms can be effectively detected by concentrating the microorganisms without a separate purification step, culture step, or amplification step.

시료 내 미생물을 농축하고, 동일한 시료에서 다중 검출을 수행할 수 있는지 확인하기 위해서, 다음과 같이 다중 FISH를 수행하였다.In order to concentrate the microorganisms in the sample and to confirm that multiple detection can be performed on the same sample, multiple FISH was performed as follows.

1차 FISH를 위해, 실시예 2와 같이 미생물이 농축된 미세유체채널에서, Cy5로 표지된 S. aureus 16s rRNA 특이적 프로브를 사용하여 면역염색을 수행하고, 위상차 현미경으로 미생물을 검출한 결과를 도 4A에 나타내었다. For the first FISH, immunostaining was performed using S. aureus 16s rRNA specific probe labeled with Cy5 in microfluidic channels enriched with microorganisms as in Example 2, and microorganisms were detected by a phase contrast microscope. 4A.

세척을 위해, 미세유체채널에 40% 포름아마이드 용액을 흘려보내 73℃에서 3분 동안 세척하였다. 세척이 잘 되었는지 확인하기 위해 형광 현미경으로 미생물을 검출한 결과를 도 4B에 나타내었다.For washing, 40% formamide solution was flowed into the microfluidic channel and washed at 73 ° C for 3 minutes. 4B shows the result of detecting the microorganisms under a fluorescence microscope to confirm the washing well.

2차 FISH를 위해, 세척 후, Cy5로 표지된 S. aureus 16s rRNA 특이적 프로브를 사용하여 면역염색을 수행하고, 형광 현미경으로 미생물을 검출한 결과를 도 4C에 나타내었다. For the second FISH, after washing, immunostaining was performed using S. aureus 16s rRNA specific probe labeled with Cy5, and microorganisms were detected by fluorescence microscopy.

도 4A에 나타낸 바와 같이, S. aureus 특이적 프로브로부터 검출된 신호가 확인되었으므로, 미세유체채널에 농축된 S. aureus를 별도의 증폭 과정 없이 효과적으로 검출할 수 있음을 확인하였다.As shown in FIG. 4A, since the signal detected from the S. aureus specific probe was confirmed, it was confirmed that S. aureus concentrated in the microfluidic channel could be effectively detected without a separate amplification process.

도 4B에 나타낸 바와 같이, 형광 신호가 거의 검출되지 않았으므로, 포름아마이드 처리에 의한 세척 효율이 우수한 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 4B, since almost no fluorescence signal was detected, it can be seen that the washing efficiency by formamide treatment was excellent.

도 4C에 나타낸 바와 같이, 세척에 의해 사라졌던 S. aureus 특이적 프로브로부터 검출된 신호가 확인되었다.As shown in FIG. 4C, signals detected from S. aureus specific probes disappeared by washing.

상기 결과에 따르면, 형광 프로브에 의한 신호가 포름아마이드 세척에 의해 노이즈 레벨과 유사한 수준으로 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 자성 나노입자에 의해 미생물이 고정되고 농축되므로, 하나의 시료에서 1종 이상의 형광 프로브를 사용하여 반복적으로 미생물을 검출 및 동정할 수 있음을 확인하였다. According to the results, it was confirmed that the signal by the fluorescent probe is reduced to a level similar to the noise level by formamide washing. In addition, since the microorganisms are fixed and concentrated by the magnetic nanoparticles, it was confirmed that the microorganisms can be repeatedly detected and identified using one or more fluorescent probes in one sample.

실시예 5: 원심분리를 이용한 미생물의 농축 및 검출Example 5: Concentration and Detection of Microorganisms Using Centrifugation

상기 실시예 1과 같이 처리한 시료를 EP 튜브에 넣고, 원심분리를 이용하여 농축한 후, 다중 FISH를 수행하였다.The sample treated as in Example 1 was placed in an EP tube, concentrated using centrifugation, and multiple FISH was performed.

구체적으로, 1차 FISH를 위해, 미생물이 농축된 튜브에서, Cy5 표지된 E.coli 16s rRNA 공통 프로브(GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG)를 사용하여 면역염색을 수행하고, 위상차 현미경으로 미생물을 검출한 결과를 도 5A에, Cy5를 형광 현미경으로 검출한 결과를 도 5B에, Cy3을 형광 현미경으로 검출한 결과를 도 5C에 나타내었다. Specifically, for the first FISH, immunostaining was performed using a Cy5 labeled E. coli 16s rRNA consensus probe (GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG) in a tube enriched with microorganisms, and the result of detecting the microorganisms with a phase contrast microscope is shown in FIG. 5A. And Cy5 were detected by fluorescence microscope in FIG. 5B and Cy3 was detected by fluorescence microscope in FIG. 5C.

2차 FISH를 위해, 상기 튜브에 40% 포름아마이드 용액을 흘려주어 세척하였다. 세척 후, Cy3 표지된 E. coli 16s rRNA 공통 프로브(GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG)를 사용하여 면역염색을 수행하고, 위상차 현미경으로 미생물을 검출한 결과를 도 6A에, Cy3을 형광 현미경으로 검출한 결과를 도 6B에, Cy5를 형광 현미경으로 검출한 결과를 도 6C에 나타내었다. For secondary FISH, 40% formamide solution was flowed into the tube and washed. After washing, immunostaining was performed using a Cy3 labeled E. coli 16s rRNA consensus probe (GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG), and microorganisms were detected by phase contrast microscopy. FIG. 6A and Cy3 were detected by fluorescence microscopy. , Cy5 was detected by fluorescence microscopy, and the results are shown in FIG. 6C.

3차 FISH를 위해, 상기 튜브에 40% 포름아마이드 용액을 흘려주어 세척하였다. 세척 후, Cy5 표지된 E. coli 16s rRNA 공통 프로브(GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG)를 사용하여 면역염색을 수행하고, 위상차 현미경으로 미생물을 검출한 결과를 도 7A에, Cy5를 형광 현미경으로 검출한 결과를 도 7B에, Cy3을 형광 현미경으로 검출한 결과를 도 7C에 나타내었다. For the third FISH, 40% formamide solution was poured into the tube and washed. After washing, immunostaining was performed using a Cy5 labeled E. coli 16s rRNA consensus probe (GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG), and microorganisms were detected by phase contrast microscopy. , Cy3 was detected by fluorescence microscopy, and the results are shown in FIG. 7C.

4차 FISH를 위해, 상기 튜브에 40% 포름아마이드 용액을 흘려주어 세척하였다. 세척 후, Cy3 표지된 E. coli 16s rRNA 공통 프로브(GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG)를 사용하여 면역염색을 수행하고, 위상차 현미경으로 미생물을 검출한 결과를 도 8A에, Cy3을 형광 현미경으로 검출한 결과를 도 8B에, Cy5를 형광 현미경으로 검출한 결과를 도 8C에 나타내었다.For the fourth FISH, 40% formamide solution was poured into the tube and washed. After washing, immunostaining was performed using a Cy3 labeled E. coli 16s rRNA consensus probe (GGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAG), and microorganisms were detected by phase contrast microscopy. FIG. 8A and Cy3 were detected by fluorescence microscopy. , Cy5 was detected by a fluorescence microscope in Fig. 8C.

상기 결과에 대하여, 다중 FISH 수행 결과를 Image J로 분석한 그래프를 도 9에 나타내었다(n=10). With respect to the above results, a graph analyzing the result of performing multiple FISH by Image J is shown in FIG. 9 (n = 10).

도 9에 나타낸 바와 같이, 형광 프로브에 의한 시그널이 포름아마이드 세척에 의해 노이즈 레벨과 유사한 수준으로 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 원심분리에 의해 미생물이 고정되고 농축되므로, 하나의 시료에서 1종 이상의 형광 프로브를 사용하여 반복적으로 미생물을 검출 및 동정할 수 있음을 확인하였다. As shown in FIG. 9, it was confirmed that the signal by the fluorescent probe was reduced to a level similar to the noise level by formamide washing. In addition, since the microorganisms are fixed and concentrated by centrifugation, it was confirmed that one or more fluorescent probes can be repeatedly detected and identified in one sample.

Claims (16)

시료 내 포함된 미생물을 농축하거나 고정화하는 단계; 및
표지된 프로브를 상기 미생물에 순차적으로 접촉시켜 미생물과 혼성화하고, 상기 순차적으로 혼성화된 프로브로부터 각각 방출되는 신호를 검출하는 단계를 포함하는 미생물의 다중 검출방법.
Concentrating or immobilizing the microorganisms contained in the sample; And
And contacting the labeled probes sequentially with the microorganisms to hybridize with the microorganisms, and detecting the signals emitted from the sequentially hybridized probes, respectively.
청구항 1에 있어서, 상기 시료는 생체 시료, 환경 시료, 또는 식품 시료인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the sample is a biological sample, an environmental sample, or a food sample. 청구항 1에 있어서, 상기 농축하거나 고정화하는 단계는 시료와 자성 입자를 접촉시켜 시료 내 포함된 미생물이 자성 입자와 결합하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the concentrating or immobilizing further comprises contacting the sample with the magnetic particles to bind the microorganisms contained in the sample with the magnetic particles. 청구항 3에 있어서, 상기 자성 입자는 표면에 미생물 부착 인자가 코팅된 것인 방법.The method of claim 3, wherein the magnetic particles are coated with a microorganism adhesion factor on a surface thereof. 청구항 4에 있어서, 상기 미생물 부착 인자는 만노스 결합 렉틴(mannose binding lectin: MBL), C 반응성 단백질(C-reactive protein: (CRP), 옵소닌, CD14, 톨 유사 수용체 4(Toll like receptor 4: TLR4), NET(Neutrophil extracellular trap), 및 사이토카인 수용체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 방법.The method according to claim 4, wherein the microorganism adhesion factor is mannose binding lectin (MBL), C-reactive protein (CRP), opsonin, CD14, Toll like receptor 4: (Tll4 receptor) ), NET (Neutrophil extracellular trap), and cytokine receptors. 청구항 3에 있어서, 상기 자성 입자와 결합된 미생물을 포함하는 시료에 자기장을 인가하여 미생물을 고정화하는 것인 방법. The method of claim 3, wherein the microorganism is immobilized by applying a magnetic field to a sample including the microorganism bound to the magnetic particles. 청구항 1에 있어서, 상기 신호를 검출하는 단계에 있어서, 미생물과 혼성화된 하나의 프로브로부터 방출되는 신호를 검출한 후, 다른 프로브를 혼성화시키기 전에, 상기 하나의 프로브를 세척하는 단계를 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the detecting of the signal comprises detecting the signal emitted from one probe hybridized with the microorganism and then washing the one probe before hybridizing the other probe. Way. 청구항 1에 있어서, 상기 세척은 포름아마이드를 포함하는 용액으로 수행하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein said washing is performed with a solution comprising formamide. 청구항 1에 있어서, 상기 표지된 프로브는 형광물질, 발색물질, 또는 화학발광물질로 표지되어 있는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the labeled probe is labeled with a fluorophore, chromophore, or chemiluminescent material. 청구항 9에 있어서, 상기 형광물질은 FAM, VIC, HEX, Cy5, Cy3, SYBR Green, DAPI, TAMRA, FITC, RITC, 로다민, 프루오르다이트(Fluoredite), 프루오르프라임(FluorePrime), 및 ROX로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 방법.The method according to claim 9, wherein the fluorescent material is FAM, VIC, HEX, Cy5, Cy3, SYBR Green, DAPI, TAMRA, FITC, RITC, rhodamine, Fluoredite, Fluoreprime, and ROX At least one selected from the group consisting of: 청구항 1에 있어서, 상기 프로브는 항체, 앱타머, DNA, RNA, PNA(Peptide Nucleic Acid), 올리고사카라이드, 펩티드 또는 단백질인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the probe is an antibody, aptamer, DNA, RNA, Peptide Nucleic Acid (PNA), oligosaccharide, peptide or protein. 청구항 1에 있어서, 웰, 채널, 튜브, 또는 이들의 조합에서 수행되는 것인 방법.The method of claim 1, which is performed in a well, channel, tube, or combination thereof. 청구항 1에 있어서, 미생물을 배양하는 단계 또는 미생물의 유전물질을 증폭하는 단계를 포함하지 않는 것인 방법.The method of claim 1, comprising culturing the microorganism or amplifying the genetic material of the microorganism. 청구항 1에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 바이러스, 곰팡이균, 진균, 또는 그들이 조합을 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the microorganism comprises bacteria, viruses, fungi, fungi, or combinations thereof. 시료 내 포함된 미생물을 농축하거나 고정화하는 단계; 및
표지된 프로브를 상기 미생물에 순차적으로 접촉시켜 미생물과 혼성화하고, 상기 순차적으로 혼성화된 프로브로부터 각각 방출되는 신호를 검출하는 단계를 포함하는 감염성 질환의 진단에 관한 정보를 제공하는 방법.
Concentrating or immobilizing the microorganisms contained in the sample; And
And contacting said labeled probes sequentially with said microorganisms to hybridize with said microorganisms and detecting signals emitted from said sequentially hybridized probes, respectively.
청구항 15에 있어서, 신호가 방출된 프로브의 정보를 이용하여 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 종류를 판정하는 단계를 포함하는 것인 방법. The method of claim 15, comprising determining the presence or type of microorganism using information of the probe from which the signal is emitted.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220066727A (en) * 2020-11-16 2022-05-24 울산과학기술원 Method for evaluating antibiotic susceptibility of microorganisms by image analysis
KR20220093634A (en) * 2020-12-28 2022-07-05 주식회사 어큐노스 Apparatus and method for distinguishing antibiotics susceptibility

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102533260B1 (en) * 2020-12-22 2023-05-17 울산과학기술원 Hydrolyzable probe and method for detecting or identifying microorganisms using the same
WO2022102865A1 (en) * 2020-11-16 2022-05-19 울산과학기술원 Microbe detection method using fish analysis
RU2768152C1 (en) * 2021-10-06 2022-03-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО ОмГМУ Минздрава России) Method for detection of neutrophil extracellular traps in supravital stained blood preparation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012135834A2 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 President And Fellows Of Harvard College Dialysis like therapeutic (dlt) device
WO2013012924A2 (en) * 2011-07-18 2013-01-24 President And Fellows Of Harvard College Engineered microbe-targeting molecules and uses thereof
KR101243631B1 (en) * 2012-07-06 2013-03-15 주식회사 퀀타매트릭스 Microstructure for capturing and releasing microorganism
JP2013517327A (en) * 2010-01-19 2013-05-16 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Modified opsonin for pathogen detection and treatment
WO2013130875A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-06 President And Fellows Of Harvard College Rapid antibiotic susceptibility testing
KR101544050B1 (en) * 2015-02-23 2015-08-13 을지대학교 산학협력단 A kit and method for detecting bacteria

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013517327A (en) * 2010-01-19 2013-05-16 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Modified opsonin for pathogen detection and treatment
WO2012135834A2 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 President And Fellows Of Harvard College Dialysis like therapeutic (dlt) device
KR20140051162A (en) * 2011-04-01 2014-04-30 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 Dialysis like therapeutic(dlt) device
WO2013012924A2 (en) * 2011-07-18 2013-01-24 President And Fellows Of Harvard College Engineered microbe-targeting molecules and uses thereof
WO2013130875A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-06 President And Fellows Of Harvard College Rapid antibiotic susceptibility testing
KR101243631B1 (en) * 2012-07-06 2013-03-15 주식회사 퀀타매트릭스 Microstructure for capturing and releasing microorganism
KR101544050B1 (en) * 2015-02-23 2015-08-13 을지대학교 산학협력단 A kit and method for detecting bacteria

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Cloud-Enabled Microscopy and Droplet Microfluidic Platform for Specific Detection of Escherichia coli in Water, PLOS ONE, vol. 9, Issue 1, e86341, pp 1-9. *
In-situ fluorescent immunomagnetic multiplex detection of foodborne pathogens in very low numbers, Biosensors and Bioelectronics (2014), vol 57, pp 143-148. *
Multiplex Immunosensing Detection of Pathogenic Bacteria, Ibersensor (2012), IB12-66. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220066727A (en) * 2020-11-16 2022-05-24 울산과학기술원 Method for evaluating antibiotic susceptibility of microorganisms by image analysis
KR20220093634A (en) * 2020-12-28 2022-07-05 주식회사 어큐노스 Apparatus and method for distinguishing antibiotics susceptibility
WO2022145605A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-07 주식회사 어큐노스 Antibiotics susceptibility test method and equipment
US11680282B2 (en) 2020-12-28 2023-06-20 Accunose Co., Ltd. Apparatus and method for distinguishing antibiotics susceptibility

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