KR20190143663A - One-step isothermal detection method of gene mutation using hairpins formed on a gold nanoshell - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a kit for detecting a target nucleic acid, including primers designed to be used for hybridization of another primer set, when two primer sets hybridize with a target sequence, a hairpin structure is formed by ligation, causing target nucleic acid molecules to separate; and a detection method using the kit. KRAS mutations can be detected with sensitivity of 20 attomoles (10-18 mole) within 1 hour by the method of the present invention. The kit for detecting a target nucleic acid and the detection method using the same of the present invention may be usefully used as a technique for detecting a target nucleic acid directly, quickly, and specifically with high sensitivity, without using a thermocycling device such as PCR in the field of SNP detection.

Description

금 나노쉘 상에 형성되는 헤어핀을 이용한 유전자 돌연변이의 단일 단계 등온 검출방법{One-step isothermal detection method of gene mutation using hairpins formed on a gold nanoshell}One-step isothermal detection method of gene mutation using hairpins formed on a gold nanoshell}

본 발명은 PCR 등 열순환 장치를 사용하지 않고도 검출 대상 표적 핵산을 검출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개 프라이머 세트가 표적 서열과 혼성화하면 결찰되어 헤어핀 구조를 형성함으로써 표적 핵산 분자가 분리되어 다른 프라이머 세트의 혼성화에 사용되도록 설계된 프라이머를 포함하는 표적 핵산 검출용 키트 및 이를 이용하는 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting a target nucleic acid to be detected without using a thermocycling apparatus such as PCR, and more particularly, when two primer sets hybridize with a target sequence, the target nucleic acid molecules are separated by ligation to form a hairpin structure. The present invention relates to a kit for detecting a target nucleic acid including a primer designed to be used for hybridization of another primer set, and a detection method using the same.

단일염기다형성(single nucleotide polymorphism, SNP)은 인구의 1 % 이상에서 발견되는 DNA의 단일 뉴클레오티드 변이이다. 코딩 영역의 SNP는 비-코딩 영역에서의 SNP보다 낮은 빈도로 발생하기 때문에 일부 SNP는 질병 또는 약물 감수성의 진행과 밀접하게 연관되어 있는 것으로 알려져 있다. 그러므로 SNP는 질병 위험을 예측하는 바이오마커와, 특히 개인 맞춤형 의약에 대한 약물 효능을 평가하는 바이오마커로 사용되어 왔다.Single nucleotide polymorphism (SNP) is a single nucleotide variation of DNA found in more than 1% of the population. Some SNPs are known to be closely associated with progression of disease or drug sensitivity because SNPs in the coding region occur less frequently than SNPs in the non-coding region. Therefore, SNPs have been used as biomarkers for predicting disease risk, and in particular for assessing drug efficacy for personalized medicines.

최근까지 SNP를 바이오마커로 사용하는 몇 가지 분석 방법이 시판되고 있다. 사용 가능한 대부분의 방법은 PCR을 이용하여 표적 유전자를 증폭시켜야 검출할 수 있는 원리이다. 기본적으로 상기 방법들에서는 PCR 도중에 또는 PCR 후에 특정 생성물을 모두 생성한 다음, MALDI-TOF MS, 겔 전기영동, 형광 검출 및 시퀀싱(염기분석)을 포함한 여러 방법 중 하나로 정량한다. 상기 방법의 대립 유전자(allele) 판별 전략은 프라이머 신장(primer extension), 혼성화(hybridization), 결찰(ligation) 및 효소 절단(enzymatic cleavage)을 포함하는 4개 군으로 분류된다. 프라이머 신장 방법에서, 각 SNP의 대립 유전자(allele) 중 하나에 상응하는 신장 생성물이 SNP-특이적 프라이머를 사용하여 생성된다. 혼성화 기반의 분석법은 일치 또는 불일치 표적과 프로브의 결합 친화력에서의 차이를 이용한다. 결찰 접근법은 DNA 리가아제를 사용하여 SNP-특이적 결찰 생성물을 생성한다. 이들은 효과적인 암 치료를 가능하게 하지만, 값 비싼 장비와 열순환 장치에 의존하기 때문에 상대적으로 높은 비용과 장시간의 분석 시간을 필요로 한다. 그러므로 비용 효율적이고 신속한 SNP 타이핑(검출) 방법을 개발해야 하는 과제가 남아 있다. Until recently, several analytical methods using SNPs as biomarkers have been commercially available. Most of the methods available are principles that can be detected by amplifying the target gene using PCR. Basically, these methods generate all of a specific product during or after PCR, and then quantify it by one of several methods including MALDI-TOF MS, gel electrophoresis, fluorescence detection and sequencing (base analysis). Allele discrimination strategies of the method are classified into four groups including primer extension, hybridization, ligation and enzymatic cleavage. In the primer extension method, an extension product corresponding to one of the alleles of each SNP is generated using SNP-specific primers. Hybridization-based assays take advantage of the difference in binding affinity between the matched or discordant target and the probe. The ligation approach uses DNA ligase to generate SNP-specific ligation products. They enable effective cancer treatment, but require relatively high costs and long analysis times because they rely on expensive equipment and thermocyclers. Therefore, the challenge remains to develop a cost-effective and rapid SNP typing (detection) method.

PCR을 사용하지 않는 등온 핵산 증폭(Isothermal nucleic acid amplification, IAA)이 PCR 기반 방법의 대안으로 고려되어 왔다. 그러나 SNP 검출을 위한 등온 방법은 아직 상업적으로 이용 가능하지 않은데, 이는 상대적으로 낮은 작동 온도에 의한 IAA의 낮은 특이성 때문일 것이다. 효소와 프로브로 인한 결찰의 이중 특이성 때문에 다른 방법보다 결찰 방법에서의 특이성이 더 크다. 리가아제 연쇄 반응(ligase chain reaction, LCR), 리가아제 검출 반응(ligase detection reaction, LDR) 및 분지 증폭(ramification amplification, RAM)은 SNP 타이핑을 위한 대표적인 결찰-기반 방법이다. LCR 및 LDR에서는, 표적 유전자와 완벽하게 일치하는 2개의 프라이머가 연결된다. 결찰된 프라이머(LP)와 표적 유전자의 복합체는 열변성되고, 표적 유전자는 새로운 결찰을 위한 주형(template)으로 재사용되며, 따라서 LP의 기하급수적 생성을 유도한다. 이와는 대조적으로, RAM에서는 선형 프로브의 두 말단을 연결(결찰)하여 표적 유전자와 완벽히 일치되어 혼성화되는 고리화된(circularized) 프로브가 생성되고 등온적으로 회전환증폭(rolling circle amplification, RCA)을 수행한다. LCR의 경우에는 PCR 사용으로 인한 고비용의 한계가 여전히 존재한다. RAM은 등온적으로 증폭 산물을 생산하지만, RCA의 프로토콜은 표적 유전자 포획, 결합되지 않은 프로브의 세척, 리가아제 반응, RAM 반응, 증폭된 산물 검출과 같은 복잡한 여러 단계를 포함한다. SNP 검출을 위한 등온(isothermal) 방법을 개발하기 위한 노력으로서, 순환적 결찰 반응 이후의 뉴클레아제 반응이 보고되었다. 상기 방법에서는, 가닥-분리 헤어핀(strand-displacing hairpin)에 의해 결찰된 프라이머-표적 DNA 복합체가 열변성 과정 없이 분리됨으로써 2개 프라이머의 새로운 세트가 순환적으로 결찰되도록 하였다. 결찰된 생성물은 또한 금 나노입자 상에서 RNase H에 의해 형광 표지된 기질을 절단하도록 순환되어 표적 특이적 형광 증폭을 유도하였다. 결과적으로, KRAS 유전자의 점 돌연변이를 포함하는 10 아토몰(attomole, 10-18 mole)의 표적 DNA가 검출되었다. 리가아제 및 뉴클레아제에 의한 결찰 및 분해의 조합이 각각 높은 특이성 및 민감성을 유도하였지만, 2 단계 과정이라는 점이 점 돌연변이의 직접적이고 간단한 검출에 대한 장애물이다.Isothermal nucleic acid amplification (IAA) without PCR has been considered as an alternative to PCR based methods. However, isothermal methods for SNP detection are not yet commercially available, probably due to the low specificity of IAA due to the relatively low operating temperatures. Due to the dual specificity of ligation due to enzymes and probes, the specificity in ligation methods is greater than in other methods. Ligase chain reaction (LCR), ligase detection reaction (LDR) and branch amplification (RAM) are representative ligation-based methods for SNP typing. In LCR and LDR, two primers are linked which perfectly match the target gene. The complex of the ligated primer (LP) and the target gene is heat denatured and the target gene is reused as a template for new ligation, thus inducing exponential production of LP. In contrast, in RAM, two ends of a linear probe are ligated (ligated) to create a circularized probe that hybridizes perfectly to the target gene and hybridizes and performs isothermal rolling circle amplification (RCA). do. In the case of LCR, there are still costly limitations due to the use of PCR. While RAM isothermally produces amplification products, RCA's protocol involves many complex steps, such as capture of target genes, washing of unbound probes, ligase reactions, RAM reactions, and amplified product detection. In an effort to develop an isothermal method for SNP detection, nuclease reactions after cyclic ligation reactions have been reported. In this method, primer-target DNA complexes ligated by strand-displacing hairpins were isolated without thermal denaturation, allowing a new set of two primers to be cyclically ligated. The ligation product was also circulated to cleave the fluorescently labeled substrate by RNase H on gold nanoparticles to induce target specific fluorescence amplification. As a result, 10 attomoles ( 10-18 mole) of target DNA including point mutations of the KRAS gene were detected. Although the combination of ligation and degradation by ligase and nucleases respectively induced high specificity and sensitivity, the two-step process is an obstacle to direct and simple detection of point mutations.

한국특허 공개 제10-2015-0143347호 (2015.12.23.)Korean Patent Publication No. 10-2015-0143347 (2015.12.23.) 한국특허 공개 제10-2013-0082495호 (2013.07.19)Korean Patent Publication No. 10-2013-0082495 (2013.07.19) 한국특허 공개 특2003-0055343호 (2013.07.19)Korean Patent Publication No. 2003-0055343 (2013.07.19)

본 발명의 발명자들은 PCR 등 고가의 열순환 장치 없이 등온 핵산 증폭으로 SNP를 검출하는 기술에 대하여 연구하던 중, 2개 프라이머 세트가 표적 서열과 혼성화하면 결찰되어 헤어핀 구조를 형성함으로써 표적 핵산 분자가 분리되어 다른 프라이머 세트의 혼성화에 사용되는 프라이머 설계 기술을 사용하면, 단일 표적 핵산 당 다중 리가아제 반응이 수행되는 단일 단계 등온 리가아제 반응을 진행시킬 수 있으며, 종래 기술에서의 PCR 등 열순환 장치의 사용에 의한 장시간의 분석시간과 비교하여, 단일 단계 등온 리가아제 반응에 의해 1시간 이내의 검출 반응으로 5배 낮은 검출 한계를 달성할 수 있으며, 민감도 1%의 우수한 검출 효능으로 SNP 검출이 수행될 수 있다는 것을 발견하였다.The inventors of the present invention are studying a technique for detecting SNPs by isothermal nucleic acid amplification without expensive thermocycling devices such as PCR, and when two primer sets hybridize with a target sequence, they are ligated to form a hairpin structure to separate target nucleic acid molecules. Using primer design techniques used for hybridization of different primer sets, it is possible to proceed a single step isothermal ligase reaction in which multiple ligase reactions are carried out per single target nucleic acid, and the use of thermocycling devices such as PCR in the prior art. Compared with the long time analysis time by, single detection isothermal ligase reaction can achieve 5 times lower detection limit with detection reaction within 1 hour, and SNP detection can be performed with excellent detection efficiency of 1% sensitivity. I found it.

따라서, 본 발명은 2개 프라이머 세트가 표적 서열과 혼성화하면 결찰되어 헤어핀 구조를 형성함으로써 표적 핵산 분자가 분리되어 다른 프라이머 세트의 혼성화에 사용되도록 설계된 프라이머를 포함하는 표적 핵산 검출용 키트 및 이를 이용하는 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a kit for detecting a target nucleic acid comprising a primer designed to be used for hybridization of another primer set by separating a target nucleic acid molecule by ligating two primer sets to hybridize with a target sequence to form a hairpin structure, and detecting using the same. It is an object to provide a method.

본 발명의 일 측면에 따라, 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘 및 SERS 활성 염료를 갖는 2차 프라이머를 포함하고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머가 결찰된 결찰 프라이머의 서열이 표적 핵산의 서열과 상보적이고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머가 결찰된 후에 헤어핀 구조를 형성하는 서열을 갖고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머의 결찰 온도가 1차 프라이머 및 2차 프라이머 간의 Tm보다 높고, 상기 형성된 헤어핀 구조가 상기 결찰 프라이머와 표적 핵산의 Tm보다 높은 Tm 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a primary primer is immobilized comprising a secondary primer having an Au nanoshell and a SERS active dye, wherein the sequence of the ligation primer ligated primary and secondary primers and the sequence of the target nucleic acid Complementary, having a sequence that forms a hairpin structure after the primary and secondary primers are ligated, the ligation temperature of the primary and secondary primers is higher than the Tm between the primary and secondary primers, and the formed hairpin structure Provided is a kit for detecting a target nucleic acid, wherein the kit has a Tm value higher than that of the ligation primer and the target nucleic acid.

일 구현예에서, 상기 Au 나노쉘은 직경 10 - 1000 nm일 수 있다. In one embodiment, the Au nanoshells may be 10-1000 nm in diameter.

일 구현예에서, 상기 표적 핵산은 KRAS 유전자의 변이 유전자일 수 있으며, 바람직하게는 KRAS 유전자의 12번 코돈에서의 35G>A 변이 또는 35G>T 변이 유전자일 수 있다.In one embodiment, the target nucleic acid may be a variant gene of the KRAS gene, preferably a 35G> A mutation or a 35G> T variant gene at codon 12 of the KRAS gene.

일 구현예에서, 상기 상기 결찰 온도는 35 - 55 ℃일 수 있다.In one embodiment, the ligation temperature may be 35-55 ℃.

일 구현예에서, 상기 1차 프라이머는 서열번호 1의 염기서열을 갖고, 상기 2차 프라이머는 서열번호 2 또는 서열번호 3의 염기서열을 갖는 것일 수 있다.In one embodiment, the primary primer may have a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, the secondary primer may have a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3.

일 구현예에서, 상기 SERS 활성 염료는 TAMRA 또는 CY3일 수 있다.In one embodiment, the SERS active dye may be TAMRA or CY3.

본 발명의 다른 측면에 따라, (ⅰ) 실리카 코어에 시드 금(Au)을 부착시켜 Au 나노쉘을 얻는 단계; 및 (ⅱ) 단계(ⅰ)에서 얻은 Au 나노쉘 표면에 티올화된 1차 프라이머를 고정하는 단계를 포함하는, 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, (i) attaching seed gold (Au) to the silica core to obtain Au nanoshells; And (ii) fixing the thiolated primary primer to the Au nanoshell surface obtained in step (iii).

본 발명의 또 다른 측면에 따라, (a) 검출 대상 시료에 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘을 혼합하여 1차 프라이머를 표적 핵산과 혼성화시키는 단계; (b) 단계(a)에서 얻은 혼합물에 SERS 활성 염료를 갖는 2차 프라이머 및 리가제를 혼합한 후 인큐베이션하여 등온 결찰 반응 및 헤어핀 구조를 형성시키는 단계; 및 (c) 단계(b)에서 얻은 생성물을 SERS로 측정하여 Au 나노쉘 상에 형성된 헤어핀 구조를 검출하는 단계를 포함하는 표적 핵산의 검출방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) hybridizing the primary primer with the target nucleic acid by mixing the Au nanoshell to which the primary primer is fixed to the sample to be detected; (b) mixing a secondary primer having a SERS active dye and a ligase with the mixture obtained in step (a) and incubating to form an isothermal ligation reaction and a hairpin structure; And (c) detecting the hairpin structure formed on the Au nanoshell by measuring the product obtained in step (b) with SERS.

일 구현예에서, 단계(b)의 상기 인큐베이션은 30분에서 1시간 30분 동안 수행될 수 있다.In one embodiment, the incubation of step (b) may be performed for 30 minutes to 1 hour 30 minutes.

본 발명에 의해, 2개 프라이머 세트가 표적 서열과 혼성화하면 결찰되어 헤어핀 구조를 형성함으로써 표적 핵산 분자가 분리되어 다른 프라이머 세트의 혼성화에 사용되는 프라이머 설계 기술을 사용하면, 단일 표적 핵산 당 다중 리가아제 반응이 수행되는 단일 단계 등온 리가아제 반응을 진행시킬 수 있으며, 종래 기술에서의 PCR 등 열순환 장치의 사용에 의한 장시간의 분석시간과 비교하여, 단일 단계 등온 리가아제 반응에 의해 1시간 이내의 검출 반응으로 5배 낮은 검출 한계를 달성할 수 있으며, 민감도 1%의 우수한 검출 효능으로 SNP 검출이 수행될 수 있다는 것이 밝혀졌다.According to the present invention, using a primer design technique in which two primer sets hybridize with a target sequence to be ligated to form a hairpin structure, the target nucleic acid molecules are separated and used for hybridization of another primer set, thereby allowing multiple ligase per single target nucleic acid. Single stage isothermal ligase reaction in which the reaction is carried out can be carried out, and compared to the long time analysis time by the use of a thermocycler such as PCR in the prior art, detection within 1 hour by the single stage isothermal ligase reaction It has been found that the reaction can achieve a 5x lower detection limit and that SNP detection can be performed with good detection efficacy of 1% sensitivity.

따라서, 본 발명의 특징적으로 설계된 프라이머를 포함하는 표적 핵산 검출용 키트 및 이를 이용하는 검출방법은 SNP 검출 분야에서 PCR 등 열순환 장치를 사용하지 않고도 검출 대상 표적 핵산을 민감하고 특이적으로 직접적이고 신속하게 검출할 수 있는 기술로 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, a kit for detecting a target nucleic acid including a primer designed specifically for the present invention, and a detection method using the same, can be used to directly and quickly detect a target nucleic acid to be detected in a SNP detection field without using a thermocycling device such as PCR. It can be usefully used as a detectable technique.

도 1은 AuNS와 SNP에 특이적 헤어핀 형성 프로브를 이용한 다중 KRAS 돌연변이의 단일 단계 등온 검출을 나타낸 개략도이다.
도 2는 사용된 올리고 뉴클레오티드(표 1) 및 결찰된 생성물의 TBE 겔(4-20 %)에서의 전기영동 이미지이다[레인 1: FP1, 레인 2: FP2A, 레인 3: FP2AC, 레인 4: 35G>A, 레인 5: LPA, 레인 6: FP1 및 FP2A의 혼합물, 레인 7: 35G>A의 존재 하에서 DNA 리가아제로 1시간 동안 처리한 FP1과 FP2A의 혼합물, 레인 8: 35G>A의 존재 하에서 DNA 리가아제로 1시간 동안 처리한 FP1과 FPAC의 혼합물, 레인 9: 35G>A가 없는 상태에서 DNA 리가아제로 1시간 동안 처리한 FP1 FP2A의 혼합물].
도 3은 AuNS 합성의 개략도(a), 아미노-변형 실리카 구체(b), 및 AuNS(c)의 TEM 이미지이다.
도 4는 표적 서열에 따라 FP2A(a) 또는 FP2T(b)와 AuNS 상에 고정화된 FP1의 등온 리가아제 반응을 수행한 후 얻어진 SERS 스펙트럼이다.
도 5는 표적 SNP의 농도를 변화시켜 등온 리가아제 반응을 1시간 동안 수행한 후의 SERS 스펙트럼으로서, (a) 35G>A KRAS 유전자 점 돌연변이의 상이한 농도의 SERS 스펙트럼, (b) 35G>A 농도 대비 1385 cm-1 밴드 강도의 플롯이고, 삽입도는 밴드 강도와 1.0×10-11 내지 1.0×10-8 M의 표적 핵산 농도의 로그값 사이의 선형 관계를 나타낸다.
도 6은 표적 SNP의 농도를 변화시켜 등온 리가아제 반응을 1시간 동안 수행한 후의 SERS 스펙트럼으로서, (a) 35G>T KRAS 유전자 점 돌연변이의 상이한 농도의 SERS 스펙트럼, (b) 35 G>T 농도 대비 1588 cm-1 밴드 강도의 플롯이고, 삽입도는 밴드 강도와 1.0×10-11 내지 1.0×10-8 M의 표적 핵산 농도의 로그값 사이의 선형 관계를 나타낸다.
도 7은 본 발명을 이용한 분석의 진단 감도를 나타낸 것으로서, 야생형 KRAS 유전자의 존재 하에서 35G>A 및 35G>T에 대한 TAMRA 및 CY3의 특징적 파수에서의 SERS 강도의 S/N 비율이다.
도 8은 도 5의 그래프에 표시된 KRAS 돌연변이(35G>A)의 농도에 따라 얻어진 SERS 강도이다.
도 9는 도 6의 그래프에 표시된 KRAS 돌연변이(35G>T)의 농도에 따라 얻어진 SERS 강도이다.
1 is a schematic showing single-step isothermal detection of multiple KRAS mutants using hairpin forming probes specific for AuNS and SNPs.
FIG. 2 is an electrophoretic image on TBE gels (4-20%) of oligonucleotides (Table 1) used and ligation products [lane 1: FP1, lane 2: FP2A, lane 3: FP2AC, lane 4: 35G > A, lane 5: LPA, lane 6: mixture of FP1 and FP2A, lane 7: mixture of FP1 and FP2A treated with DNA ligase for 1 hour in the presence of 35G> A, lane 8: in the presence of 35G> A Mixture of FP1 and FPAC treated with DNA ligase for 1 hour, lane 9: mixture of FP1 FP2A treated with DNA ligase for 1 hour without 35G> A].
3 is a TEM image of schematic (a), amino-modified silica sphere (b), and AuNS (c) of AuNS synthesis.
4 is a SERS spectrum obtained after performing an isothermal ligase reaction of FP1 immobilized on AuNS with FP2A (a) or FP2T (b) according to the target sequence.
FIG. 5 is a SERS spectrum after one hour of isothermal ligase reaction by changing the concentration of target SNP, (a) SERS spectrum of different concentrations of 35G> A KRAS gene point mutations, and (b) 35G> A concentration Plot of 1385 cm −1 band intensities, inset shows linear relationship between band intensity and log value of target nucleic acid concentration of 1.0 × 10 −11 to 1.0 × 10 −8 M.
Figure 6 shows the SERS spectrum after changing the concentration of target SNP for 1 hour of isothermal ligase reaction, (a) SERS spectrum of different concentrations of 35G> T KRAS gene point mutations, (b) 35 G> T concentration Plot of contrast 1588 cm −1 band intensities, inset shows linear relationship between band intensity and log value of target nucleic acid concentration of 1.0 × 10 −11 to 1.0 × 10 −8 M.
Figure 7 shows the diagnostic sensitivity of the assay using the present invention, which is the S / N ratio of SERS intensity at the characteristic frequency of TAMRA and CY3 for 35G> A and 35G> T in the presence of wild type KRAS gene.
8 is SERS intensity obtained according to the concentration of KRAS mutations (35G> A) shown in the graph of FIG.
9 is SERS intensity obtained according to the concentration of KRAS mutations (35G> T) shown in the graph of FIG.

본 발명은 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘 및 SERS 활성 염료를 갖는 2차 프라이머를 포함하고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머가 결찰된 결찰 프라이머의 서열이 표적 핵산의 서열과 상보적이고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머가 결찰된 후에 헤어핀 구조를 형성하는 서열을 갖고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머의 결찰 온도가 1차 프라이머 및 2차 프라이머 간의 Tm보다 높고, 상기 형성된 헤어핀 구조가 상기 결찰 프라이머와 표적 핵산의 Tm보다 높은 Tm 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트를 제공한다.The present invention includes a secondary primer having an Au nanoshell and a SERS active dye to which the primary primer is immobilized, the sequence of the ligation primer ligated with the primary primer and the secondary primer is complementary to the sequence of the target nucleic acid, and the primary Having a sequence of forming a hairpin structure after the primer and the secondary primer are ligated, and the ligation temperature of the primary primer and the secondary primer is higher than the Tm between the primary primer and the secondary primer, and the formed hairpin structure is formed with the ligation primer. It provides a kit for detecting a target nucleic acid, characterized in that having a Tm value higher than the Tm of the target nucleic acid.

본 발명에서는, 2개 프라이머 세트가 표적 서열과 혼성화하면 결찰되어 헤어핀 구조를 형성함으로써 표적 핵산 분자가 분리되어 다른 프라이머 세트의 혼성화에 사용되도록 설계된다. 그 결과 하나의 표적 DNA 당 다수의 헤어핀이 금 나노쉘(gold nanoshell, AuNS) 표면에 형성될 수 있고, 이는 표면 근처에서 고도로 강화되고 신뢰성있는 라만 산란을 제공하게 된다. 금 나노입자(AuNP)는 높은 SERS 강화 인자로 핫스팟(hot spot)을 제공할 수 있지만, 핫 스팟의 수는 불규칙하므로, 금 나노쉘(AuNS)이 본 발명에서 사용되었다. 프라이머는 SERS 리포터(활성) 염료로 표지 되었으므로, 본 발명에서는 1시간 결찰 반응 후에 1 pM 만큼의 단일 염기 불일치(mismatched) 표적 서열을 구별할 수 있다.In the present invention, when two primer sets hybridize with a target sequence, they are ligated to form a hairpin structure so that the target nucleic acid molecule is separated and used for hybridization of another primer set. As a result, multiple hairpins per target DNA can form on the gold nanoshell (AuNS) surface, providing highly enhanced and reliable Raman scattering near the surface. Gold nanoparticles (AuNP) can provide hot spots with a high SERS enhancing factor, but because the number of hot spots is irregular, gold nanoshells (AuNS) were used in the present invention. Since the primers were labeled with the SERS reporter (active) dye, the present invention can discriminate single base mismatched target sequences by 1 pM after 1 hour ligation reaction.

일 구현예에서, 상기 Au 나노쉘은 직경 10 - 1000 nm, 바람직하게는 50 - 500 nm, 보다 바람직하게는 100 - 200 nm일 수 있다. 이 때, Au 나노쉘의 두께(쉘의 두께)는 1 - 200 nm, 바람직하게는 10 - 100 nm, 보다 바람직하게는 20 - 40 nm일 수 있다.In one embodiment, the Au nanoshells may have a diameter of 10-1000 nm, preferably 50-500 nm, more preferably 100-200 nm. At this time, the thickness of the Au nanoshell (thickness of the shell) may be 1-200 nm, preferably 10-100 nm, more preferably 20-40 nm.

일 구현예에서, 상기 표적 핵산은 1차 프라이머와 2차 프라이머가 결찰된 결찰 프라이머와 상보적이고; 상기 결찰 프라이머와 표적 핵산의 Tm이 1차 프라이머 및 2차 프라이머 간의 Tm 및 결찰 온도보다는 높고, 헤어핀 구조의 Tm보다는 낮은 조건을 만족하는 유전자라면 어떠한 유전자라도 검출 가능하며, 예를 들어, 말라리아 및 결핵과 같은 인간 감염 병원체의 돌연변이일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the target nucleic acid is complementary to the ligation primer ligated between the primary primer and the secondary primer; Any gene can be detected as long as the Tm of the ligation primer and the target nucleic acid is higher than the Tm and ligation temperature between the primary primer and the secondary primer and lower than the Tm of the hairpin structure, for example, malaria and tuberculosis. It may be a mutation of the same human infection pathogen, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 표적 핵산은 KRAS 유전자의 변이 유전자일 수 있으며, 바람직하게는 KRAS 유전자의 12번 코돈에서의 35G>A 변이 또는 35G>T 변이 유전자일 수 있다.In one embodiment, the target nucleic acid may be a variant gene of the KRAS gene, preferably a 35G> A mutation or a 35G> T variant gene at codon 12 of the KRAS gene.

일 구현예에서, 상기 결찰 온도는 1차 프라이머 및 2차 프라이머 간의 Tm 보다는 높고, 결찰 프라이머와 표적 핵산의 Tm 보다는 낮은 범위로 설계될 수 있으며, 예를 들어, 35 - 55 ℃, 바람직하게는 40 - 50 ℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the ligation temperature is higher than the Tm between the primary primer and the secondary primer, and can be designed in a range lower than the Tm of the ligation primer and the target nucleic acid, for example, 35-55 ° C, preferably 40 50 ° C., but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 1차 프라이머는 하기 서열번호 1의 염기서열을 갖고, 상기 2차 프라이머는 하기 서열번호 2 또는 하기 서열번호 3의 염기서열을 갖는 것일 수 있다.In one embodiment, the primary primer may have a nucleotide sequence of the following SEQ ID NO: 1, the secondary primer may have a nucleotide sequence of the following SEQ ID NO: 2 or the following SEQ ID NO: 3.

CAGCTCCAACA (서열번호 1)CAGCTCCAACA (SEQ ID NO: 1)

AAGGAGCTGGTGGACCTACGCCAT (서열번호 2)AAGGAGCTGGTGGACCTACGCCAT (SEQ ID NO: 2)

AAGGAGCTGGTGGACCTACGCCAA (서열번호 3)AAGGAGCTGGTGGACCTACGCCAA (SEQ ID NO: 3)

일 구현예에서, 상기 SERS 활성 염료는 SERS(표면 강화 라만 산란, surface enhanced Raman scattering)로 측정 가능한 것이라면 제한받지 않으며, 예를 들어 TAMRA 또는 CY3일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the SERS active dye is not limited as long as it can be measured by surface enhanced Raman scattering (SERS), for example, may be TAMRA or CY3, but is not limited thereto.

본 발명은 또한 (ⅰ) 실리카 코어에 시드 금(Au)을 부착시켜 Au 나노쉘을 얻는 단계; 및 (ⅱ) 단계(ⅰ)에서 얻은 Au 나노쉘 표면에 티올화된 1차 프라이머를 고정하는 단계를 포함하는, 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘의 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of (i) attaching seed gold (Au) to the silica core to obtain Au nanoshells; And (ii) fixing the thiolated primary primer to the Au nanoshell surface obtained in step (iii).

본 발명은 또한, (a) 검출 대상 시료에 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘을 혼합하여 1차 프라이머를 표적 핵산과 혼성화시키는 단계; (b) 단계(a)에서 얻은 혼합물에 SERS 활성 염료를 갖는 2차 프라이머 및 리가제를 혼합한 후 인큐베이션하여 등온 결찰 반응 및 헤어핀 구조를 형성시키는 단계; 및 (c) 단계(b)에서 얻은 생성물을 SERS로 측정하여 Au 나노쉘 상에 형성된 헤어핀 구조를 검출하는 단계를 포함하는 표적 핵산의 검출방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of (a) mixing the primary primer is fixed in the sample to be detected Au nanoshell hybridization of the primary primer with the target nucleic acid; (b) mixing a secondary primer having a SERS active dye and a ligase with the mixture obtained in step (a) and incubating to form an isothermal ligation reaction and a hairpin structure; And (c) detecting the hairpin structure formed on the Au nanoshell by measuring the product obtained in step (b) with SERS.

본 발명의 표적 핵산의 검출방법은 검출 대상 시료에 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘을 혼합하여 1차 프라이머를 표적 핵산과 혼성화시키는 단계[즉, 단계(a)]를 포함한다. 단계(a)는 Au 나노쉘에 고정된 FP1(1차 프라이머)와 시료(표적 핵산을 포함하는 검출 대상 시료)를 혼합하여 FP1의 서열 일부와 표적 핵산의 서열 일부를 혼성화시키는 단계이다.The detection method of the target nucleic acid of the present invention includes mixing the primary primer with the target nucleic acid by mixing Au nanoshells to which the primary primer is fixed (ie, step (a)). Step (a) is a step of hybridizing FP1 (primary primer) immobilized on the Au nanoshell and a sample (a sample to be detected including a target nucleic acid) to hybridize a portion of the sequence of FP1 with a portion of the target nucleic acid.

본 발명의 표적 핵산의 검출방법은 단계(a)에서 얻은 혼합물에 SERS 활성 염료를 갖는 2차 프라이머 및 리가제를 혼합한 후 인큐베이션하여 등온 결찰 반응 및 헤어핀 구조를 형성시키는 단계[즉, 단계(b)]를 포함한다. 단계(b)는 Au 나노쉘에 고정된 FP1(1차 프라이머)의 서열 일부와 표적 핵산의 서열 일부가 혼성화된 상태에서, 표적 핵산의 혼성화되지 않은 단일 가닥 부분과 FP2(2차 프라이머)가 혼성화되면, FP1(1차 프라이머) 및 FP2(2차 프라이머)가 결찰되어 연결되는 단계이다. 이때, 결찰된 프라이머는 헤어핀 구조를 형성할 수 있는 서열을 포함하고, 헤어핀 구조의 Tm이 결찰 프라이머와 표적 핵산의 Tm보다 높기 때문에, 결찰 프라이머와 결합(혼성화)되어 있던 표적 핵산은 반응(결찰) 온도를 변화시키지 않고도 결찰된 프라이머로부터 분리되며, 분리된 표적 핵산은 또 다른 결찰되지 않은 프라이머 쌍의 반응(결찰)에 재사용될 수 있다. 이에 따라, 재순환된 표적 핵산은 AuNS의 표면상에서 단일의 표적 핵산이 다수의 결찰 반응에 참여하게 되어 다수의 헤어핀을 형성하게 한다. 그 결과, 헤어핀의 FP2의 SERS 활성 염료가 AuNS 표면에 축적되어 점 돌연변이 특이적 방식으로 SERS가 증폭되게 된다.In the method for detecting a target nucleic acid of the present invention, the mixture obtained in step (a) is mixed with a secondary primer having a SERS active dye and a ligase, and then incubated to form an isothermal ligation reaction and a hairpin structure (ie, step (b). )]. Step (b) hybridizes the unhybridized single stranded portion of the target nucleic acid with the FP2 (secondary primer) while a portion of the sequence of the FP1 (primary primer) immobilized on the Au nanoshell is partially hybridized. When FP1 (primary primer) and FP2 (secondary primer) are ligated and linked. At this time, the ligated primer includes a sequence capable of forming a hairpin structure, and since the Tm of the hairpin structure is higher than the Tm of the ligating primer and the target nucleic acid, the target nucleic acid that has been bound (hybridized) with the ligation primer is reacted (ligated). Separated from the ligated primer without changing the temperature, the isolated target nucleic acid can be reused for the reaction (ligation) of another ligated primer pair. Accordingly, the recycled target nucleic acid causes a single target nucleic acid to participate in multiple ligation reactions on the surface of AuNS to form multiple hairpins. As a result, the SERS activating dye of FP2 of the hairpin accumulates on the surface of AuNS, resulting in amplification of SERS in a point mutation specific manner.

일 구현예에서, 단계(b)의 인큐베이션 시간은 30분에서 1시간 30분 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 1시간 동안 수행될 수 있다. 1시간 동안의 결찰 및 증폭 시간에 의하여도 점 돌연변이 특이적 방식으로 증폭된 SERS 측정치를 얻을 수 있다.In one embodiment, the incubation time of step (b) can be carried out for 30 minutes to 1 hour 30 minutes, preferably for 1 hour. Ligation and amplification times for 1 hour can also yield SERS measurements amplified in a point mutation specific manner.

본 발명의 표적 핵산의 검출방법은 단계(b)에서 얻은 생성물을 SERS로 측정하여 Au 나노쉘 상에 형성된 헤어핀 구조를 검출하는 단계[즉, 단계(c)]를 포함한다. 본 발명에서는 단일 분자 검출 감도, 분자 특이적 지문 및 광학적 안정성 때문에 복합화 DNA 및 민감성 DNA 검출을 위한 검출 신호로서 표면 강화 라만 산란(surface enhanced Raman scattering, SERS)을 도입하였다.The method for detecting a target nucleic acid of the present invention includes detecting the hairpin structure formed on the Au nanoshell by measuring the product obtained in step (b) with SERS (ie, step (c)). In the present invention, surface enhanced Raman scattering (SERS) was introduced as a detection signal for detection of complexed DNA and sensitive DNA due to single molecule detection sensitivity, molecular specific fingerprint and optical stability.

이상과 같이, 본 발명의 표적 핵산 검출용 키트를 사용하면 단일 표적 핵산 당 다중 리가아제 반응이 수행되는 단일 단계 등온 리가아제 반응을 진행시킬 수 있으며, 본 발명의 검출방법에서 얻어진 LOD는 두 돌연변이 모두에서 20 아토몰로 얻어져서 매우 민감한 검출방법임이 확인되었다. 또한, 종래 기술에서의 PCR 등 열순환 장치의 사용에 의한 장시간의 분석시간과 비교하여, 본 발명의 검출방법에서는 단일 단계 등온 리가아제 반응에 의해 1시간 이내의 검출 반응으로 5배 낮은 검출 한계를 달성할 수 있으며, 민감도 1%의 우수한 검출 효능으로 수행될 수 있다. 본 발명의 검출방법에서는 신호 증폭을 위한 추가적인 단계 없이 결찰 반응 동안 SERS의 증폭이 달성되기 때문에 이전의 방법보다 직접적이고 신속하게 검출 대상 표적 핵산을 민감하고 특이적으로 검출할 수 있으며, 다양한 병원체 또는 이의 돌연변이에 대해서 자원이 제한된 국가에서 PCR에 대한 대안으로 활용될 수 있다.As described above, using the target nucleic acid detection kit of the present invention, it is possible to proceed with a single step isothermal ligase reaction in which multiple ligase reactions are performed per single target nucleic acid. Obtained as 20 Atomol at, it was confirmed that it is a very sensitive detection method. In addition, compared to the long time analysis time by the use of a thermocycler such as PCR in the prior art, the detection method of the present invention has a detection limit of 5 times lower than the detection reaction within 1 hour by a single step isothermal ligase reaction. Can be achieved and can be performed with good detection efficacy of 1% sensitivity. In the detection method of the present invention, since the amplification of the SERS is achieved during the ligation reaction without an additional step for signal amplification, the target nucleic acid to be detected can be detected more sensitively and specifically directly and faster than the previous method. It can be used as an alternative to PCR in countries with limited resources for mutations.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예><Example>

1. 재료 및 방법1. Materials and Methods

(1) 시약(1) reagent

모든 화학 물질은 특별히 언급한 경우를 제외하고는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO)로부터 구입하여 추가 정제없이 사용하였다. 올리고 뉴클레오타이드는 바이오니아(Bioneer, 대전, 한국)에서 구입하였다.All chemicals were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, Mo.) and used without further purification, except where noted. Oligonucleotides were purchased from Bioneer (Bioneer, Daejeon, Korea).

(2) AuNS의 합성(2) Synthesis of AuNS

선행문헌의 방법(T. Pham, J. B. Jackson, N. J. Halas and T. R. Lee, Langmuir, 2002, 18, 4915-4920)에 따라 26 nm 두께의 AuNS (직경: ~ 128 nm)를 합성하였다. 먼저, Stober 방법으로 실리카 나노입자를 제조하였다. 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS) (Sigma) 1.5 mL를 NH4OH 2.8 mL 포함 에탄올 45 mL(14.8 N)에 넣었다. 8시간 반응시킨 후, APTES[(3-Aminopropyl)triethoxysilane] 126 μL를 혼합물에 첨가하였다. 8시간 동안 인큐베이션한 후, APTES 처리된 실리카 코어를 2시간 동안 끓였다. 미반응 시약을 제거하기 위하여 실리카 코어를 2000 g에서 30분간 원심분리하였다. 상등액을 버린 후, 펠릿을 프로브 소니케이터(VC 750, Sonics)를 사용하여 50 mL의 신선한 에탄올에 10분 동안 현탁시켰다. 실리카 코어의 원심분리 정제를 2회 더 반복하였다. 그 다음에, 시드 금 콜로이드(seed gold colloid, 2~3 nm)를 실리카 코어에 넣었다. 밤새 인큐베이션한 후, 혼합물을 초순수 10 mL에 현탁하고 2000 g에서 30분 동안 원심분리하여 미결합 시드 금을 제거하였다. 원심분리 단계를 2회 더 반복하였다. 시드 금 콜로이드 부착 실리카 코어를 1 mL의 0.0148 % HAuCl4와 혼합하였다. 6.7 μL의 30% 포름알데히드를 첨가한 다음 10분 동안 격렬히 와류교반(vortexing)하여 나노쉘의 성장이 개시되도록 하였다. 나노쉘의 두께는 실리카 코어의 양을 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 나노쉘의 크기와 쉘 두께를 측정하기 위하여 TEM (JEM-2100F, JEOL)을 이용하여 합성된 나노입자에 대한 고해상도 사진을 얻었다.A 26 nm thick AuNS (diameter: ˜128 nm) was synthesized according to the method of the prior art (T. Pham, JB Jackson, NJ Halas and TR Lee, Langmuir , 2002, 18 , 4915-4920). First, silica nanoparticles were prepared by Stober method. 1.5 mL of tetraethyl orthosilicate (TEOS) (Sigma) was added to 45 mL (14.8 N) of ethanol including 2.8 mL of NH 4 OH. After reacting for 8 hours, 126 μL of APTES [(3-Aminopropyl) triethoxysilane] was added to the mixture. After incubation for 8 hours, the APTES treated silica cores were boiled for 2 hours. The silica core was centrifuged at 2000 g for 30 minutes to remove unreacted reagents. After discarding the supernatant, the pellet was suspended in 50 mL of fresh ethanol for 10 minutes using a probe sonicator (VC 750, Sonics). Centrifugation purification of the silica core was repeated two more times. Then, seed gold colloid (2-3 nm) was placed in the silica core. After incubation overnight, the mixture was suspended in 10 mL of ultrapure water and centrifuged at 2000 g for 30 minutes to remove unbound seed gold. The centrifugation step was repeated two more times. Seed gold colloidal attached silica cores were mixed with 1 mL of 0.0148% HAuCl 4 . 6.7 μL of 30% formaldehyde was added and then vigorously vortexed for 10 minutes to initiate the growth of the nanoshells. The thickness of the nanoshells can be controlled by varying the amount of silica core. In order to measure the size and shell thickness of nanoshells, high-resolution photographs of nanoparticles synthesized using TEM (JEM-2100F, JEOL) were obtained.

(3) AuNS 상에 올리고 뉴클레오티드의 고정화(3) Immobilization of Oligonucleotides on AuNS

모든 올리고 뉴클레오티드(표 1 참조)는 바이오니아(Bioneer, 대전, 한국)에서 구입하였다. FP1의 티올(Thiol)[5'(OP)-CAGCTCCAACA-(SH)3']은 실온에서 30분 동안 10 mM 인산 나트륨 완충액(sodium phosphate buffer, pH 7.0) 중에서 10 mM TCEP(Sigma Aldrich)(Tris-(2-Carboxyethyl)phosphine)로 처리하여 활성화시켰다. 200배 몰 과량의 티올 활성화된 FP1을 실온에서 16시간 동안 초순수 1 mL 중의 AuNS와 혼합하였다. 금 표면에서의 FP1 적용 범위의 밀도를 증가시키기 위하여, NaCl 농도를 0.1 M까지 점차적으로 증가시켰다. 추가 48시간 후, 과량의 비결합 FP1을 8,000 rpm에서 25분 동안 초순수로 원심 분리하여 제거하고, 4회 반복하였다. 프라이머로 변형된 AuNS를 실온에서 물 200 μL에 재분산시켰다. 하기 표 1에 본 발명에서 사용된 올리고 뉴클레오티드의 서열을 나타내었다.All oligonucleotides (see Table 1) were purchased from Bioneer (Bioneer, Daejeon, Korea). Thiol [5 '(OP) -CAGCTCCAACA- (SH) 3'] of FP1 was dissolved in 10 mM TCEP (Sigma Aldrich) (Tris) in 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) for 30 minutes at room temperature. Activated by treatment with-(2-Carboxyethyl) phosphine). A 200-fold molar excess of thiol activated FP1 was mixed with AuNS in 1 mL of ultrapure water for 16 hours at room temperature. In order to increase the density of the FP1 coverage on the gold surface, the NaCl concentration was gradually increased to 0.1 M. After an additional 48 hours, excess unbound FP1 was removed by centrifugation with ultrapure water for 25 minutes at 8,000 rpm and repeated four times. AuNS modified with primers was redispersed in 200 μL of water at room temperature. Table 1 below shows the sequence of the oligonucleotides used in the present invention.

올리고 뉴클레오티드Oligonucleotide 서열order FP1FP1 5'-(OP)-CAGCTCCAACA-(SH)-3'5 '-(OP) -CAGCTCCAACA- (SH) -3' FP2AFP2A 5'-TAMRA-AAG GAGCTGGTGGACCTACGCCAT-3'5'-TAMRA-AAG GAGCTGGTGGACCTACGCCAT-3 ' FP2TFP2T 5'-Cy3-AAG GAGCTGGTGGACCTACGCCAA-3'5'-Cy3-AAG GAGCTGGTGGACCTACGCCAA-3 ' FP2ACFP2AC TTTTACGCCATTTTTACGCCAT 35G>A35G> A TGG AGCTGATGGCGTATGG AGCTGATGGCGTA 35G>T35G> T TGG AGCTGTTGGCGTATGG AGCTGTTGGCGTA LPA (결찰된 FP1 및 FP2A)LPA (ligated FP1 and FP2A) AAGGAGCTGGTGGACCTACGCCATCAGCTCCAACAAAGGAGCTGGTGGACCTACGCCATCAGCTCCAACA 35G (야생형 표적)35G (wild type target) TGG AGCTGGTGGCGTATGG AGCTGGTGGCGTA

(4) 올리고 뉴클레오티드의 겔 전기영동(4) Gel Electrophoresis of Oligonucleotides

사용된 올리고 뉴클레오티드 및 결찰된 생성물의 전기영동을 TBE 폴리아크릴아미드 겔(4~20 %)에 시료를 로딩하고 50분 동안 180 V에서 겔을 전개시켜 수행하였다. 전기영동 후, 염료[1 × SYBR Green I Nucleic Acid Gel Stain (Thermo Fisher Scientific, USA)]를 포함하는 1 x TBE 완충액(pH 8.0)에서 겔을 40 분 동안 염색하였다. 염색된 겔의 UV 여기 형광 사진을 Davinchi-Gel Imaging System (Davinchi-K, 한국)을 사용하여 얻었다.Electrophoresis of the oligonucleotides and ligation products used was carried out by loading the sample into a TBE polyacrylamide gel (4-20%) and running the gel at 180 V for 50 minutes. After electrophoresis, the gels were stained for 40 minutes in 1 × TBE buffer (pH 8.0) containing dye [1 × SYBR Green I Nucleic Acid Gel Stain (Thermo Fisher Scientific, USA)]. UV excitation fluorescence pictures of the stained gels were obtained using the Davinchi-Gel Imaging System (Davinchi-K, Korea).

(5) 등온 리간드 반응 및 SERS 측정(5) isothermal ligand reaction and SERS measurement

다양한 양의 표적 핵산이 있는 상태에서 20 mM Tris-HCl(pH 7.6), 25 mM Mg(CH3COOH)2, 10 mM KCH3COOH, 1 mM NAD 및 0.1 % Triton X-100를 포함하는 20 μL 반응 완충액 중 FP1 변형 AuNS(0.2 nM)를 함유하는 용액에 FP2A(최종 0.2 μM) 또는 FP2T(최종 0.2 μM) 및 Taq DNA 리가아제(최종 3 U/㎕)를 첨가하였다. 혼합물을 45 ℃에서 1시간 동안 인큐베이션하였다. 반응한 시료 10 μl를 깨끗한 유리에서 질소 가스로 건조시켰다. 공촛점 라만 현미경(LabRAM HR Evolution, HORIBA)을 사용하여 각 스캔에 대해 3초의 집적 시간을 사용하여 샘플의 스팟(초점이 맞춰진 633 nm 레이저의 직경은 1.03 μm 임)을 10회 스캔하였다.20 μL with 20 mM Tris-HCl (pH 7.6), 25 mM Mg (CH 3 COOH) 2 , 10 mM KCH 3 COOH, 1 mM NAD and 0.1% Triton X-100 with varying amounts of target nucleic acid To a solution containing FP1 modified AuNS (0.2 nM) in reaction buffer was added FP2A (final 0.2 μM) or FP2T (final 0.2 μM) and Taq DNA ligase (final 3 U / μl). The mixture was incubated at 45 ° C. for 1 hour. 10 μl of the reacted sample was dried with nitrogen gas in a clean glass. Confocal Raman microscopy (LabRAM HR Evolution, HORIBA) was used to scan 10 spots of the sample (diameter of focused 633 nm laser was 1.03 μm) using an integration time of 3 seconds for each scan.

2. 결과2. Results

도 1은 AuNS 상의 단일 표적에 대한 프라이머의 다중 연결을 나타내는 개략도이다. 민감한 SNP 스크리닝을 위한 표적의 등온 재순환을 위하여, 프라이머 세트 FP1 및 FP2는 표적과 복합화된 후에 결찰되면 헤어핀 구조를 형성하도록 설계되었다. 결찰된 프라이머는 저절로 헤어핀으로 변하기 때문에, 결합되어 있던 표적은 반응 온도를 변화시키지 않고도 결찰된 프라이머로부터 분리되어 결찰되지 않은 프라이머 쌍의 또 다른 결찰에 재사용될 수 있다. 결찰 반응 과정에서, 재순환된 표적은 AuNS의 표면상에서 단일 표적 당 다수의 헤어핀을 형성하게 한다. 그 결과, 헤어핀의 FP2의 SERS 활성 염료가 AuNS 표면에 축적되어 점 돌연변이 특이적 방식으로 SERS가 증폭되도록 한다. 1 is a schematic showing multiple ligation of primers to a single target on AuNS. For isothermal recycling of targets for sensitive SNP screening, primer sets FP1 and FP2 were designed to form hairpin structures upon ligation after complexing with the target. Since the ligated primers spontaneously turn into hairpins, the bound targets can be separated from the ligated primers and reused for another ligated pair of unligated primers without changing the reaction temperature. In the course of the ligation reaction, the recycled targets form multiple hairpins per single target on the surface of AuNS. As a result, the SERS active dye of FP2 of the hairpin accumulates on the AuNS surface, allowing SERS to be amplified in a point mutation specific manner.

KRAS 유전자의 점 돌연변이를 다중 검출하기 위하여 KRAS 유전자의 12번 코돈에서의 35G>A 및 35G>T를 선택하였다. AuNS 상에서 반응을 수행하기 전에, 표적 특이적 헤어핀의 다중 형성을 위한 프라이머 세트 FP1 및 FP2의 설계를 검증하여야 한다. 프라이머의 서열은 이들이 특이적 표적과의 혼성화시에 결찰되고 그 이후에만 헤어핀을 형성하도록 주의하여 설계되어야 한다. 그렇지 않으면 프라이머 세트의 줄기 서열(stem sequence) 사이의 자기-혼성화가 일어나서 거짓 양성 신호(false-positive signal)를 일으킬 수 있다. 자기-혼성화를 피하기 위하여서는 융합 온도, FP1과 FP2 간 복합체의 Tm, 즉 융점이 결찰 온도보다 충분히 낮아야 한다. FP1/FP2A 및 FP1/FP2T과 같은 2개 복합체의 계산된 Tm은 25.5 ℃였다. 결찰 반응은 혼성화의 Tm보다 높은 45 ℃에서 수행되었으므로 자기 혼성화는 무시할 수 있다. 35G> A and 35G> T at codon 12 of the KRAS gene were selected for multiple detection of point mutations in the KRAS gene. Before performing the reaction on AuNS, the design of primer sets FP1 and FP2 for multiple formation of target specific hairpins should be verified. The sequences of the primers should be carefully designed so that they are ligated upon hybridization with specific targets and only form hairpins thereafter. Otherwise self-hybridization between the stem sequences of the primer sets can occur, resulting in false-positive signals. In order to avoid self-hybridization, the fusion temperature, Tm of the complex between FP1 and FP2, i.e., the melting point, must be sufficiently lower than the ligation temperature. The calculated Tm of the two complexes, FP1 / FP2A and FP1 / FP2T, was 25.5 ° C. The ligation reaction was carried out at 45 ° C. higher than the Tm of hybridization, so self hybridization can be neglected.

다중 결찰을 위하여, 헤어핀의 Tm은 결합된 표적을 분리시킬 만큼 충분히 높아야 한다. 헤어핀의 Tm(35G>A의 경우 77.5 ℃, 35G>T의 경우 79.6 ℃)은 결찰된 프라이머와 표적 복합체의 Tm(35G>A의 경우 60.7 ℃, 35G>T의 경우 61.3 ℃)보다 높았다. 표적 특이적 다중 결찰 및 자기 혼성화를 피하기 위하여 설계된 서열을 확인하기 위하여 겔 전기영동을 수행하였다. 도 2는 180 V에서 50 분간 전기영동한 후 자외선을 조사한 아크릴아미드 겔의 사진이다.For multiple ligations, the Tm of the hairpin should be high enough to separate the bound target. The Tm of the hairpin (77.5 ℃ for 35G> A, 79.6 ℃ for 35G> T) was higher than the Tm (60.7 ℃ for 35G> A and 61.3 ℃ for 35G> T) of the ligated primer and the target complex. Gel electrophoresis was performed to identify sequences designed to avoid target specific multiple ligation and self hybridization. Figure 2 is a photograph of acrylamide gel irradiated with ultraviolet light after electrophoresis at 180 V for 50 minutes.

자기 혼성화된 프라이머는 FP1 또는 FP2A가 각각 로딩된 레인 1과 레인 2의 밴드보다 기점에 가까운 형광 밴드로 나타나야 한다. 그러나, FP1과 FP2A의 혼합물이 로딩된 레인 6의 2개 밴드는 레인 1 및 레인 2의 밴드와 동일한 위치에 위치하였고, 2개 밴드보다 기점 부근의 레인 6에 추가적인 밴드는 없었다. 레인 6의 밴드 위치로부터 2개 프라이머 사이의 자기 혼성화를 피하기 위한 서열의 정확성이 입증되었다. 단일 표적에 혼성화된 프라이머의 다중 결찰에서 헤어핀 형성의 역할도 전기영동 분석에 의해 입증되었다. 레인 7 및 레인 8에는 표적 핵산 및 DNA 리가아제의 존재 하에서 각각 1시간 동안의 FP1과 FP2A 및 FP2AC의 혼합물을 로딩하였다. FP2AC는 35G>A에 혼성화할 수 있지만 FP1에 결찰된 후에 헤어핀을 형성하지는 않았다. 두 레인에서, 레인 5의 밴드와 동일한 자리에 기점에 가까운 동일한 밴드가 위치하였으며, 이 위치는 결찰된 프라이머의 서열을 갖는 올리고 뉴클레오티드이다. 두 레인에 동일한 밴드가 위치한 것과는 대조적으로, 레인 7의 밴드의 신호 강도가 레인 8의 밴드의 강도보다 높았다. 레인 7 밴드의 상대적으로 높은 강도는 동일한 양의 표적 핵산의 레인 8에서 더 많은 수의 결찰된 프라이머를 의미하고, 이에 따라 프라이머의 결찰 후 헤어핀의 형성에 의한 단일 표적 핵산 당 다중 결찰이 있음이 확인되었다. 표적 핵산 없는 자기-결찰 프라이머를 확인하기 위하여, 레인 7에서의 리가아제 및 동일한 프라이머를 레인 9에 표적 핵산 없이 로딩하였다. 결찰된 프라이머에 상응하는 밴드가 나타나지 않았으며, 이로써 표적 핵산 없이는 자기-결찰이 없음이 확인되었다. 겔 전기영동에 의해 SNP 특이적 SERS에 대한 다중 헤어핀 형성이 정확히 설계되었음이 입증되었으므로, AuNS 상에 FP1을 고정시키고(도 3 참조), 등온 결찰 반응을 수행하였다. 35G>A 또는 35G>T인 점 돌연변이 서열에 따른 FP2A와 FP2T의 존재 하에서 AuNS에 고정된 FP1와 반응을 시킨 후 SERS 신호를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 35G>A 및 35G>T을 검출하기 위하여, TAMRA(Tetramethylrhodamine) 및 CY3을 각각 FP2A 및 FP2T로 표지하였다. 도 4에 나타난 바와 같이, 스팟으로부터 얻어된 SERS 신호는 첨가된 유형의 돌연변이 및 프로브와 정확히 일치하였다. 즉, 첨가된 프로브와 표적 SNP가 일치된 스팟으로부터 얻어진 SERS 스펙트럼에서는 35G>A 및 35G>T에 대한 각각의 TAMRA 및 CY3의 특징적인 파수가 나타났다. 이와는 달리, 야생형 표적 또는 불일치 SNP 함유 돌연변이가 첨가된 스팟에서는 특징적인 파수가 관찰되지 않았다. 도 4로부터, 다른 비고정 프라이머와 함께 FP1 고정 AuNS를 이용하여 측정된 SERS를 분석함으로써 KRAS 돌연변이의 SNP를 성공적으로 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다. Self-hybridized primers should appear as fluorescence bands closer to the origin than the bands in lanes 1 and 2 loaded with FP1 or FP2A, respectively. However, two bands of lane 6 loaded with a mixture of FP1 and FP2A were located in the same position as the bands of lane 1 and lane 2, and there was no additional band in lane 6 near the origin than the two bands. The accuracy of the sequence to avoid self hybridization between the two primers from the band position in lane 6 was demonstrated. The role of hairpin formation in multiple ligation of primers hybridized to a single target was also demonstrated by electrophoretic analysis. Lanes 7 and 8 were loaded with a mixture of FP1 and FP2A and FP2AC for 1 hour in the presence of target nucleic acid and DNA ligase, respectively. FP2AC can hybridize to 35G> A but does not form hairpins after ligation to FP1. In both lanes, the same band near the origin was located in the same position as the band in lane 5, which is an oligonucleotide having the sequence of the ligated primer. In contrast to the same band located in both lanes, the signal strength of the band of lane 7 was higher than that of lane 8. The relatively high intensity of lane 7 bands means a greater number of ligation primers in lane 8 of the same amount of target nucleic acid, thus confirming that there is multiple ligation per single target nucleic acid by ligation of the primer followed by the formation of hairpins. It became. To identify self-ligating primers without target nucleic acid, ligase in lane 7 and the same primers were loaded in lane 9 without target nucleic acid. There was no band corresponding to the ligated primer, confirming that there was no self-ligation without the target nucleic acid. As gel electrophoresis demonstrated that multiple hairpin formation for SNP specific SERS was correctly designed, FP1 was immobilized on AuNS (see FIG. 3) and an isothermal ligation reaction was performed. After reacting with FP1 immobilized on AuNS in the presence of FP2A and FP2T according to a point mutation sequence of 35G> A or 35G> T, SERS signals were measured and the results are shown in FIG. 4. To detect 35G> A and 35G> T, TAMRA (Tetramethylrhodamine) and CY3 were labeled with FP2A and FP2T, respectively. As shown in FIG. 4, the SERS signal obtained from the spot was exactly identical to the type of mutations and probes added. In other words, the SERS spectra obtained from the spot where the added probe and the target SNP matched showed characteristic wavenumbers of TAMRA and CY3 for 35G> A and 35G> T, respectively. In contrast, no characteristic wavenumber was observed in the spots to which wild-type targets or mismatched SNP containing mutations were added. From FIG. 4, it can be seen that SNPs of KRAS mutants can be successfully detected by analyzing SERS measured using FP1 immobilized AuNS together with other unfixed primers.

다음으로 표적 핵산을 0에서 100 nM로 첨가량을 달리하여 등온 결찰 반응을 수행하였다. 35G>A 및 35G>T에 대하여 각각 1385 cm-1 및 1588 cm-1을 대표적 파수로 선택하였고, 이들은 표지된 염료의 뚜렷하고 강한 파수에 해당한다. 도 5 및 도 6에는 첨가된 표적 핵산 양에 따른 대표적인 파수의 강도가 나타나 있다. 첨가된 표적 양이 증가함에 따라 파수의 강도가 비례하여 증가하였다. 10 pM 내지 10 nM 범위에서 각 돌연변이에 대한 SERS 강도와 표적 농도 사이의 선형 관계가 얻어졌다. 20 아토몰에 해당하는 10 pM의 낮은 35G>T 및 35G>A에 대하여 SERS 신호의 배경 제거(background subtraction) 후의 값은 각각 9.5 ± 1.3 및 7.5 ± 1.2이었다. 0.1 pM의 돌연변이 표적에 대하여는 신호가 얻어지지 않았다. 따라서, 본 발명의 검출방법의 LOD는 두 돌연변이 모두에서 20 아토몰로 결정되었다. 선행문헌[H. T. Ngo, N. Gandra, A. M. Fales and S. M. Taylor, Biosen. Bioelectron., 2016, 81, 8-14]에서는 SERS 나노래틀(nanorattle)을 사용하여 100 아토몰의 말라리아 SNP를 검출한 것이 보고된 바 있다. 본 발명의 검출방법에서는 AuNS에서 단일 표적에 대해 다중 헤어핀을 형성하도록 설계되었다. 또한, 헤어핀이 형성되는 동안 SERS 신호가 발생되었다. 그 결과, 본 발명에서는 선행기술의 방법보다 1시간 이내의 검출 반응으로 5배 낮은 검출 한계를 달성할 수 있었다.Next, the isothermal ligation reaction was performed by varying the amount of the target nucleic acid from 0 to 100 nM. Representative wavenumbers of 1385 cm −1 and 1588 cm −1 were chosen for 35G> A and 35G> T, respectively, which corresponded to the distinct and strong wavenumber of the labeled dye. 5 and 6 show the representative wave strengths depending on the amount of target nucleic acid added. As the amount of target added was increased, the intensity of the wavenumber increased proportionally. A linear relationship between SERS intensity and target concentration for each mutation in the range of 10 pM to 10 nM was obtained. The values after background subtraction of the SERS signal were 9.5 ± 1.3 and 7.5 ± 1.2, respectively, for low 35G> T and 35G> A of 10 pM corresponding to 20 atomoles. No signal was obtained for a 0.1 pM mutant target. Therefore, the LOD of the detection method of the present invention was determined to be 20 atomoles in both mutations. Prior Art [HT Ngo, N. Gandra, AM Fales and SM Taylor, Biosen. Bioelectron., 2016, 81, 8-14] reported the detection of 100 atomolar malaria SNPs using SERS nanorattle. The detection method of the present invention is designed to form multiple hairpins for a single target in AuNS. In addition, the SERS signal was generated during hairpin formation. As a result, in the present invention, a detection limit of 5 times lower than that of the prior art method can be achieved with a detection reaction within 1 hour.

마지막으로 본 발명의 민감도를 조사하였다. 각 점 돌연변이와 야생형 표적의 혼합물로 등온 결찰 반응을 수행하였다. 도 7에는 야생형 표적의 존재하에 돌연변이체의 비율이 감소함에 따라 각 대표적인 파수의 SERS 강도가 감소하는 것이 나타나 있다. 야생형 표적의 100%의 강도와 비교하여 점 돌연변이체가 1% 될 때까지 상대적으로 높은 SERS 강도가 검출되었다. 본 발명의 방법으로 1 %의 돌연변이체에 대하여 검출을 수행한 후에 얻어진 SERS 강도는 야생형 표적 100 %의 경우에서 얻어진 강도보다 최소 약 1.5 배 더 높았다. 따라서, 본 발명의 민감도는 1%로 평가할 수 있다.Finally, the sensitivity of the present invention was investigated. Isothermal ligation reactions were performed with a mixture of each point mutation and wild-type target. 7 shows that the SERS intensity of each representative wave is decreased as the proportion of mutants in the presence of wild-type targets decreases. A relatively high SERS intensity was detected until the point mutant became 1% compared to the 100% intensity of the wild type target. The SERS intensity obtained after performing detection on 1% mutant with the method of the present invention was at least about 1.5 times higher than that obtained for 100% wild type target. Therefore, the sensitivity of the present invention can be evaluated as 1%.

결론적으로 SERS와 결합된, 단일 표적 당 단일 단계 등온 다중 리가아제 반응이 KRAS 유전자의 점 돌연변이에 민감하고 특이적인 검출을 위해 성공적으로 개발되었다. 등온 리가아제 반응에서, 본 발명에서 표적 특이적 결찰시 헤어핀을 형성하는 프라이머가 최초로 도입되었다. 전기영동 분석과 민감한 검출에 의해 다중 결찰을 위한 헤어핀 형성 프라이머의 역할이 입증되었다. AuNP와 산화 그래핀을 포함하는 나노물질이 형광 수용체로서 DNA 리가아제 반응에 사용된 바 있다. 본 발명은 표적 서열에서 단일 염기 불일치를 판별하는 우수한 결과를 보여주었다. 선행기술에서는 결찰된 생성물의 증폭이 없기 때문에, 분석의 검출 감도가 1 피코몰(picomole) 정도의 양으로 제한되었다.In conclusion, a single step isothermal multiple ligase reaction per single target coupled with SERS has been successfully developed for sensitive and specific detection of point mutations in the KRAS gene. In an isothermal ligase reaction, primers which form hairpins upon target specific ligation were first introduced in the present invention. Electrophoretic analysis and sensitive detection demonstrated the role of hairpin forming primers for multiple ligation. Nanomaterials containing AuNP and graphene oxide have been used for DNA ligase reactions as fluorescent receptors. The present invention has shown excellent results in determining single base mismatches in target sequences. In the prior art, since there is no amplification of the ligated product, the detection sensitivity of the assay was limited to an amount on the order of 1 picomole.

보고된 SNP 검출 등온 분석 중에서, 형광 증폭과 결합된 인베이더 검정법(invader assay)은 1 젭토몰(1 zeptomole; 10-21 mole) 수준에서 표적을 검출 할 수 있다. 그러나 인베이더 검정법은 그러한 민감도를 위하여 4시간 동안의 효소 반응을 필요로 한다. 본 발명에서의 분석 민감도는 PCR없이 1시간 이내에 달성할 수 있는 효과이다.Among the reported SNP detection isothermal assays, invader assays combined with fluorescence amplification can detect targets at the level of 1 zeptomole (10 -21 mole). Invader assays, however, require enzymatic reactions for 4 hours for such sensitivity. Assay sensitivity in the present invention is an effect that can be achieved within 1 hour without PCR.

종래의 리가아제 연쇄 반응에서는, 프라이머와 표적 간의 결찰 및 분리는 열적으로 제어되므로 정교하고 값 비싼 열순환 장치가 필요하였다. 이전에 본 발명의 발명자들은 PCR 없이 재사용 프로브 분석(cycling probe assay)을 결합한 등온 결찰 반응을 보고한 바 있다. 상기 방법에서 KRAS 돌연변이의 35G>A의 10 아토몰 수준으로 검출할 수 있었다. 그러나, 결찰 반응 및 신호 생성을 위한 단계는 상기 감도를 달성하기 위해 최소 2시간의 반응을 요구하는 개별적인 단계로 되어 있다. 이와는 반대로, 본 발명의 방법은 신호 증폭을 위한 추가적인 단계 없이 결찰 반응 동안 SERS가 얻어지기 때문에 이전의 방법보다 직접적인 방법이다.In conventional ligase chain reactions, ligation and separation between primers and targets is thermally controlled, requiring a sophisticated and expensive thermocycler. Previously, the inventors of the present invention have reported an isothermal ligation reaction that combines a recycling probe assay without PCR. In this method, 10 Atomol levels of 35G> A of KRAS mutants could be detected. However, the steps for ligation reactions and signal generation are individual steps requiring at least 2 hours of response to achieve the sensitivity. In contrast, the method of the present invention is a more direct method than the previous method because SERS is obtained during the ligation reaction without additional steps for signal amplification.

본 발명의 방법에서는 1시간 이내에 20 아토몰의 KRAS 돌연변이를 검출 할 수 있다. SERS를 이용한 다른 보고된 등온 SNP 검출 방법과 비교하여, 본 발명의 단일 단계 리가아제 반응의 LOD는 적어도 5배 더 낮은 것으로 측정되었다. 임상 적용에서, 상업용 키트는 진단 민감도가 5 %이다. 본 발명의 방법은 야생형 표적의 존재 하에서 35G>A 및 35G>T 모두에서 1 % 변이를 검출 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 두 개의 상이한 점 돌연변이를 성공적으로 검출할 수 있다는 것이 입증되었다. 본 발명에서는 헤어핀 형성 프라이머가 고정된 온도에서 표적을 분리시키기 위한 열순환기 역할로 사용되었다. AuNS에서의 프라이머의 직접적인 결찰에 의해 신호 증폭을 위한 추가 단계없이 SERS의 증폭이 달성되었다. SNP 특이적 신호 증폭이 고정된 온화한 조건의 온도에서 수행되었기 때문에, 보통의 저렴한 장비, 예를 들어 마이크로 플레이트 판독기로 비용 효과적인 SNP 검출이 수행될 수 있다. 따라서 본 발명의 방법은 KRAS 돌연변이의 SNP 검출뿐만 아니라 말라리아 및 결핵과 같은 인간 감염 병원체의 돌연변이에 대해서도 자원이 제한된 국가에서 PCR에 대한 대안으로 적절한 시료 준비를 거쳐 사용될 수 있다.In the method of the present invention, 20 Atomol KRAS mutations can be detected within 1 hour. Compared to other reported isothermal SNP detection methods using SERS, the LOD of the single step ligase reaction of the present invention was determined to be at least 5 times lower. In clinical applications, commercial kits have a diagnostic sensitivity of 5%. The method of the present invention can detect 1% variation in both 35G> A and 35G> T in the presence of wild-type targets. Thus, it has been demonstrated that the method of the present invention can successfully detect two different point mutations. In the present invention, the hairpin forming primer was used as a thermocycler to separate the target at a fixed temperature. Direct ligation of the primers in AuNS resulted in amplification of SERS without additional steps for signal amplification. Since SNP specific signal amplification was performed at fixed mild conditions of temperature, cost-effective SNP detection can be performed with ordinary inexpensive equipment such as a microplate reader. Thus, the method of the present invention can be used as an alternative to PCR in countries with limited resources for SNP detection of KRAS mutations as well as mutations in human infectious agents such as malaria and tuberculosis.

<110> Daegu-Gyeongbuk Medical Innovation Foundation <120> One-step isothermal detection method of gene mutation using hairpins formed on a gold nanoshell <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 11 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 1 cagctccaac a 11 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 2 aaggagctgg tggacctacg ccat 24 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 3 aaggagctgg tggacctacg ccaa 24 <110> Daegu-Gyeongbuk Medical Innovation Foundation <120> One-step isothermal detection method of gene mutation using          hairpins formed on a gold nanoshell <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 11 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 1 cagctccaac a 11 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 2 aaggagctgg tggacctacg ccat 24 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 3 aaggagctgg tggacctacg ccaa 24

Claims (10)

1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘 및 SERS 활성 염료를 갖는 2차 프라이머를 포함하고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머가 결찰된 결찰 프라이머의 서열이 표적 핵산의 서열과 상보적이고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머가 결찰된 후에 헤어핀 구조를 형성하는 서열을 갖고, 1차 프라이머 및 2차 프라이머의 결찰 온도가 1차 프라이머 및 2차 프라이머 간의 Tm보다 높고, 상기 형성된 헤어핀 구조가 상기 결찰 프라이머와 표적 핵산의 Tm보다 높은 Tm 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트.A secondary primer having an Au nanoshell and a SERS active dye to which the primary primer is immobilized, wherein the sequence of the ligation primer ligated with the primary primer and the secondary primer is complementary to the sequence of the target nucleic acid, and the primary primer and 2 Having a sequence to form a hairpin structure after the primary primer is ligated, the ligation temperature of the primary primer and the secondary primer is higher than the Tm between the primary primer and the secondary primer, and the formed hairpin structure is formed of the ligation primer and the target nucleic acid. Kit for detecting a target nucleic acid, characterized in that having a Tm value higher than Tm. 제1항에 있어서, 상기 Au 나노쉘이 직경 10 - 1000 nm인 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트.The kit for detecting a target nucleic acid according to claim 1, wherein the Au nanoshells have a diameter of 10 to 1000 nm. 제1항에 있어서, 상기 표적 핵산이 KRAS 유전자의 변이 유전자인 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트.The kit for detecting a target nucleic acid according to claim 1, wherein the target nucleic acid is a mutated gene of the KRAS gene. 제1항에 있어서, 상기 표적 핵산이 KRAS 유전자의 12번 코돈에서의 35G>A 변이 또는 35G>T 변이 유전자인 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트.The kit for detecting a target nucleic acid according to claim 1, wherein the target nucleic acid is a 35G> A mutation or a 35G> T mutation gene at codon 12 of the KRAS gene. 제1항에 있어서, 상기 결찰 온도가 35 - 55 ℃인 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트.The kit for detecting a target nucleic acid according to claim 1, wherein the ligation temperature is 35-55 ° C. 제1항에 있어서, 상기 1차 프라이머가 서열번호 1의 염기서열을 갖고, 상기 2차 프라이머가 서열번호 2 또는 서열번호 3의 염기서열을 갖는 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트.The kit for detecting a target nucleic acid according to claim 1, wherein the primary primer has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the secondary primer has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3. 제1항에 있어서, 상기 SERS 활성 염료가 TAMRA 또는 CY3인 것을 특징으로 하는 표적 핵산 검출용 키트.The kit for detecting a target nucleic acid according to claim 1, wherein the SERS active dye is TAMRA or CY3. (ⅰ) 실리카 코어에 시드 금(Au)을 부착시켜 Au 나노쉘을 얻는 단계; 및
(ⅱ) 단계(ⅰ)에서 얻은 Au 나노쉘 표면에 티올화된 1차 프라이머를 고정하는 단계
를 포함하는, 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘의 제조방법.
(Iii) attaching seed gold (Au) to the silica core to obtain Au nanoshells; And
(Ii) fixing the thiolated primary primer to the Au nanoshell surface obtained in step (iii)
Comprising a, a method for producing a Au nanoshell fixed primary primer.
(a) 검출 대상 시료에 1차 프라이머가 고정된 Au 나노쉘을 혼합하여 1차 프라이머를 표적 핵산과 혼성화시키는 단계;
(b) 단계(a)에서 얻은 혼합물에 SERS 활성 염료를 갖는 2차 프라이머 및 리가제를 혼합한 후 인큐베이션하여 등온 결찰 반응 및 헤어핀 구조를 형성시키는 단계; 및
(c) 단계(b)에서 얻은 생성물을 SERS로 측정하여 Au 나노쉘 상에 형성된 헤어핀 구조를 검출하는 단계
를 포함하는 표적 핵산의 검출방법.
(a) hybridizing the primary primer with the target nucleic acid by mixing the Au nanoshell to which the primary primer is immobilized to the sample to be detected;
(b) mixing a secondary primer having a SERS active dye and a ligase with the mixture obtained in step (a) and incubating to form an isothermal ligation reaction and a hairpin structure; And
(c) detecting the hairpin structure formed on the Au nanoshell by measuring the product obtained in step (b) with SERS.
Target nucleic acid detection method comprising a.
제9항에 있어서, 단계(b)의 상기 인큐베이션이 30분에서 1시간 30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 표적 핵산의 검출방법.The method of claim 9, wherein the incubation of step (b) is carried out for 30 minutes to 1 hour 30 minutes.
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