KR20210012553A - Kit for detecting target materials and method for detecting target materials using the same - Google Patents

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정병호
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Abstract

The present invention relates to a kit for multiple detection of target materials, comprising a substrate on which nucleic acid probes or antibodies, capable of specifically binding to isothermal amplification products of target materials on a surface or inside a hydrogel, are immobilized. By using the kit, rapid on-site diagnosis is enabled and a disease diagnostic test system having excellent sensitivity and specificity can be constructed.

Description

표적 물질의 검출용 키트 및 이를 이용하여 표적 물질을 검출하는 방법 {Kit for detecting target materials and method for detecting target materials using the same}Kit for detecting target materials and method for detecting target materials using the same {Kit for detecting target materials and method for detecting target materials using the same}

표적 물질 검출 키트 및 이를 이용하여 표적 물질을 검출하는 방법에 관한 것이다.It relates to a target substance detection kit and a method of detecting a target substance using the same.

종래 급성호흡기 감염병은 대형 병원을 중심으로 검사 및 치료가 이루어지고 있다. 이때, 환자로부터 검체를 수집한 뒤 특수한 시설을 갖춘 진단검사실로 보내어 지고, 그 뒤, 검체 전처리와 검사가 이루어지는데 임상의가 결과를 받기까지 수 일이 걸리는 경우가 일반적이다. 따라서, 임상의는 결과를 받기 전까지 정확한 진단 없이 광범위 항생제 처방에 의존하고 있는 실정이다.Conventional acute respiratory infectious diseases are being tested and treated mainly in large hospitals. At this time, a sample is collected from the patient and sent to a diagnostic laboratory equipped with a special facility. After that, pre-treatment and examination of the sample are performed. In general, it takes several days for the clinician to receive the results. Therefore, clinicians rely on a wide range of antibiotics without an accurate diagnosis until they receive results.

종래 급성호흡기 감염병의 병원체를 동정하는 방법은 전통적 세포배양법, 신속배양법(Shell vial culture), 면역형광염색법, 신속항원검출법, 핵산증폭법 등이 있다. 전통적 세포배양법은 다양한 바이러스 및/또는 박테리아의 진단 및 분리가 가능하다는 이점이 있으나, 진단에 3일 내지 10일의 장기간이 소요되고, 면역형광염색의 추가 방법이 요구되며, 숙련자에 의해 이루어지고, 배양이 불가능한 바이러스 또는 박테리아가 존재하여 진단에 한계가 있다. 또한, 검사자가 감염될 위험이 존재한다. 신속 배양법은 배양이 잘 되지 않는 바이러스 진단에 유용하고, 비숙련자도 쉽게 세포변성효과를 확인할 수 있으나, 진단에 24 시간 내지 72시간이 소요되고, 배양이 불가능한 바이러스 또는 박테리아가 존재하여 진단에 한계가 있다. 또한, 검사자가 감염될 위험이 존재한다. 최근에 분자생물학적 방법인 다중 중합효소 연쇄반응(Multiplex PCR)로 호흡기 병원체를 동정할 수 있는 방법들이 개발되었다. 다중 PCR은 한쌍 이상의 프라이머(primer) 조합을 이용하여 여러 개의 유전자를 동시에 증폭하는 방식이다. 하지만, 감별 및 진단할 수 있는 개수에 한계가 있고, 진단에 약 5 시간 이상이 소요되는 점에서, 현장진단에 적용하기에는 한계점이 존재한다. Conventional methods for identifying pathogens of acute respiratory infectious diseases include traditional cell culture, shell vial culture, immunofluorescence staining, rapid antigen detection, and nucleic acid amplification. The traditional cell culture method has the advantage that it is possible to diagnose and isolate various viruses and/or bacteria, but it takes a long period of 3 to 10 days for diagnosis, and an additional method of immunofluorescence staining is required, and is performed by a skilled person. Diagnosis is limited because viruses or bacteria that cannot be cultured exist. In addition, there is a risk of the tester becoming infected. The rapid culture method is useful for diagnosing a virus that is not well cultured, and even an unskilled person can easily confirm the cytopathic effect, but it takes 24 to 72 hours to diagnose, and there are viruses or bacteria that cannot be cultured, so the diagnosis is limited. have. In addition, there is a risk that the examiner will become infected. Recently, methods to identify respiratory pathogens have been developed using a molecular biological method, multiplex PCR. Multiple PCR is a method of simultaneously amplifying several genes by using a combination of more than one pair of primers. However, there is a limit to the number of discrimination and diagnosis, and since it takes about 5 hours or more for diagnosis, there is a limitation to apply to on-site diagnosis.

따라서, 의료 현장에서 다양한 병원체를 현장에서 다중 진단하기 위하여, 표적 물질의 존재 여부를 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 검출용 시스템에 대한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, in order to multi-diagnose various pathogens in the medical field, there is a need for research on a detection system capable of quickly and accurately detecting the presence of a target substance.

일 양상은 하이드로겔의 표면 또는 내부에 표적 물질의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 프로브 또는 항체가 고정된 기판을 포함하는 표적 물질의 다중 검출을 위한 키트에 관한 것이다. One aspect relates to a kit for multiple detection of a target substance including a substrate on which a nucleic acid probe or antibody capable of specifically binding to an isothermal amplification product of a target substance is immobilized on or inside a hydrogel.

다른 양상은 개체의 생물학적 시료로부터 핵산 시료를 수득하는 단계; 및 하이드로겔의 표면 또는 내부에 표적 물질의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 프로브 또는 항체가 고정된 기판에, 상기 시료를 접촉시키는 단계를 포함하는 표적 물질을 다중 검출하는 방법에 관한 것이다. Another aspect comprises obtaining a nucleic acid sample from a biological sample of the subject; And contacting the sample to a substrate on which a nucleic acid probe or antibody capable of specifically binding to an isothermal amplification product of a target material is immobilized on the surface or inside of the hydrogel, comprising the step of contacting the sample. will be.

일 양상은 하이드로겔의 표면 또는 내부에 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 프로브 또는 항체가 고정된 기판; 및 표적 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 세트를 포함하는 표적 물질의 다중 검출을 위한 키트를 제공한다. 상기 키트는 등온증폭 방법을 이용함으로써 실험실 내의 환경이 아니더라도 현장에서 특정 유전자의 검출이 가능한 바 보다 신속하고 간편하게 표적 물질을 검출할 수 있다. 또한, 상기 기판에 2개 이상의 프로브 또는 항체를 포함함으로써 서로 다른 표적 물질을 동시에 검출할 수 있다. 상기 항체는 예를 들어, 안티 합텐(anti-hapten)일 수 있다. 또한, 상기 표적 물질 검출 키트는 소형화 진단칩, 예를 들면, 랩 온 어 칩(lab on a chip)의 형태인 것일 수 있다.One aspect is a substrate on which a nucleic acid probe or antibody capable of specifically binding to an isothermal amplification product of a target nucleic acid is immobilized on the surface or inside of a hydrogel; And it provides a kit for multiple detection of a target substance comprising a set of primers capable of specifically binding to a target nucleic acid. By using the isothermal amplification method, the kit can detect a target substance more quickly and conveniently because it can detect a specific gene in the field even if it is not in a laboratory environment. In addition, by including two or more probes or antibodies on the substrate, different target substances can be simultaneously detected. The antibody may be, for example, anti-hapten. In addition, the target substance detection kit may be in the form of a miniaturized diagnostic chip, for example, a lab on a chip.

본 명세서 내 용어, "등온증폭"이란 일정한 반응 온도 조건하에서 목적으로 삼는 핵산을 증폭시키는 방법을 의미한다. 기존의 PCR 방법이 변성(denaturation), 접합(annealing), 신장(extension)의 단계를 거치면서 온도의 변화를 주어야 하는 반면, 등온증폭법은 일정한 온도에서 접합 및 신장이 가능하다는 이점이 있다. 이는 기존의 PCR에서 사용되는 Taq . DNA 중합효소 대신 Bst . DNA 중합효소를 사용함으로써 가능하게 되었다. Bst . DNA 중합효소는 일반 PCR의 Taq . DNA 중합효소와는 달리 5'

Figure pat00001
3' 엑소뉴클레아제(exonuclease)의 성격을 가지고 있어 DNA의 이중나선 구조를 열에 의한 변성을 거치지 않고 Tm 값에 가까운 접합 온도에서 접합 및 신장이 수행된다. 고리매개등온증폭법(Loop-mediated isothermal amplification, LAMP)은 먼저 내부 프라이머가 표적 핵산에 결합하여 신장되고, 이어 그 바깥쪽으로 외부 프라이머가 결합되어 신장되면서 가닥 변이(strand displacement)가 발생하며 먼저 형성된 가닥은 떨어져 나오게 된다. 떨어져 나온 단일 가닥의 5'말단에서부터 루프(loop) 구조가 형성되며 이는 3'말단에서도 같은 과정이 반복되고 루프 구조가 신장되게 된다. 상기 등온증폭을 수행하기 위해서는 증폭시킬 유전자의 위치를 인식하도록 특별히 고안된 4개 내지 6개의 프라이머를 사용하게 되는데 이는 일반 PCR이 2개의 위치를 인식하는 것과 비교했을 때, 표적 핵산에 대한 특이성이 매우 높아짐을 의미한다. 상기 프라이머는 내부 프라이머 세트, 외부 프라이머 세트 및/또는 루프 프라이머 세트인 것일 수 있다. As used herein, the term "isothermal amplification" refers to a method of amplifying a target nucleic acid under constant reaction temperature conditions. While the conventional PCR method has to change the temperature while going through the steps of denaturation, annealing, and extension, the isothermal amplification method has the advantage that conjugation and extension are possible at a constant temperature. This is the Taq used in conventional PCR . Bst instead of DNA polymerase . This was made possible by using a DNA polymerase. Bst . DNA polymerase is Taq in general PCR . Unlike DNA polymerase, 5'
Figure pat00001
Since it has the characteristic of 3'exonuclease, the double helix structure of DNA is not denatured by heat, and conjugation and extension are performed at a junction temperature close to the Tm value. In the loop-mediated isothermal amplification (LAMP) method, the inner primer is first bound to the target nucleic acid and elongated, and then the outer primer is bound and elongated to the outside, resulting in strand displacement. Comes off. A loop structure is formed from the 5'end of the single strand that has been separated, and the same process is repeated at the 3'end and the loop structure is elongated. In order to perform the isothermal amplification, 4 to 6 primers specially designed to recognize the position of the gene to be amplified are used, which has a very high specificity for the target nucleic acid compared to the normal PCR that recognizes the two positions. Means. The primer may be an inner primer set, an outer primer set, and/or a loop primer set.

등온증폭법은 HAD (Helicase-Dependent Amplification), RPA (Recombinase Polymerase Amplification), RCA (Rolling Circle Amplification), LAMP (Loop mediated isothermal amplification), NASBA (Nucleic Acid-Sequence-Based Amplification), TMA (Transcription Mediated Amplification), SMART (Signal Mediated Amplification of RNA Technology), SDA (Strand Displacement Amplification), IMDA (Isothermal Multiple Displacement Amplification), SPIA (Single Primer Isothermal Amplification), HDA (Helicase-Dependent Amplification) 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.Isothermal amplification methods include HAD (Helicase-Dependent Amplification), RPA (Recombinase Polymerase Amplification), RCA (Rolling Circle Amplification), LAMP (Loop mediated isothermal amplification), NASBA (Nucleic Acid-Sequence-Based Amplification), TMA (Transcription Mediated Amplification). ), SMART (Signal Mediated Amplification of RNA Technology), SDA (Strand Displacement Amplification), IMDA (Isothermal Multiple Displacement Amplification), SPIA (Single Primer Isothermal Amplification), HDA (Helicase-Dependent Amplification), or a combination thereof. .

상기 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 프로브 또는 항체는 상기 하이드로겔의 표면 또는 내부에 3차원으로 고정된 것일 수 있다. 상기 핵산 프로브 또는 항체가 상기 하이드로겔의 표면 또는 내부에 고정됨으로써 프로브 또는 항체 간에 교차 반응이나 간섭 반응이 발생하지 않는바 다중 진단에 용이하다는 이점이 있다. 상기 프로브는 표적 핵산의 정방향 내부 프라이머(Forward inner primer, FIP) 세트 또는 역방향 내부 프라이머(Backward inner primer, BIP) 세트인 것일 수 있다. 상기 외부 프라이머 세트는 내부 프라이머 세트보다 표적 핵산의 양 말단 쪽에 가까운 서열과 상보적인 서열을 포함하는 것일 수 있으며 상기 내부 프라이머 세트는 외부 프라이머 세트 보다 표적 핵산의 중심에 가까운 서열을 포함하는 것일 수 있다. A nucleic acid probe or antibody capable of specifically binding to the isothermal amplification product of the target nucleic acid may be three-dimensionally immobilized on the surface or inside of the hydrogel. Since the nucleic acid probe or antibody is immobilized on the surface or inside of the hydrogel, cross-reaction or interference reaction does not occur between the probe or antibody, and thus, there is an advantage in that it is easy for multiple diagnosis. The probe may be a set of forward inner primers (FIP) or a set of backward inner primers (BIP) of the target nucleic acid. The outer primer set may include a sequence complementary to a sequence closer to both ends of the target nucleic acid than the inner primer set, and the inner primer set may include a sequence closer to the center of the target nucleic acid than the outer primer set.

일 구체예에서, 상기 핵산 프로브는 5' 말단에 하이드로겔의 표면 또는 내부와 결합할 수 있는 링커가 결합된 것일 수 있다. 또한 다른 구체예에서, 상기 정방향 내부 프라이머 및/또는 역방향 내부 프라이머의 5' 말단에 하이드로겔의 표면 또는 내부와 결합할 수 있는 링커가 결합된 것일 수 있다. 상기 링커는 예를 들어, 아크릴디트, 싸이올기 또는 이의 유도체를 포함한 화합물 등 일 수 있다. 상기 링커는 하이드로겔과 공유 결합에 의해 하이드로겔의 표면 또는 내부와 결합하는 것일 수 있다. In one embodiment, the nucleic acid probe may be a linker capable of binding to the surface or the interior of the hydrogel is bonded to the 5'end. In addition, in another embodiment, a linker capable of binding to the surface or the interior of the hydrogel may be bonded to the 5'end of the forward inner primer and/or the reverse inner primer. The linker may be, for example, a compound including an acrylicdite, a thiol group, or a derivative thereof. The linker may be bonded to the surface or the interior of the hydrogel by covalent bonding with the hydrogel.

일 구체예에서, 상기 핵산 정방향 내부 프라이머 및/또는 역방향 내부 프라이머는 5' 말단에 표지 물질이 결합될 수 있으며, 상기 표지 물질은 리포터(reporter) 또는 소광자(quencher)인 것일 수 있다. In one embodiment, the nucleic acid forward inner primer and/or the reverse inner primer may have a labeling material bound to the 5'end, and the labeling material may be a reporter or a quencher.

상기 리포터는 예를 들어, 플루오레신(fluorescein), 플루오레신 클로로트리아지 닐 (fluorescein chlorotriazinyl), 로다민 그린(rhodamine green), 로다민 레드(rhodamine red), 테트라메틸로다민(tetramethylrhodamine), FITC, 오레곤 그린(Oregon green), 알렉사 플루오로(Alexa Fluor), FAM, JOE, ROX, HEX, 텍사스 레드(Texas Red), TET, TRITC, TAMRA, 시아닌(Cyanine) 계열 염료 및 씨아디카르보시아닌 (thiadicarbocyanine) 염료로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다. 또한, 상기 소광자는 예를 들어, 답실(Dabcyl), TAMRA, Eclipse, DDQ, QSY, 블랙베리 퀸처 (Blackberry Quencher), 블랙홀 퀸처(Black Hole Quencher), Qxl, 아이오와 블랙(Iowa black) FQ, 아이오와 블랙 RQ, IRDye QC-1 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다. 다른 구체예에서, 상기 프로브의 5' 말단에 표지 물질이 결합되지 않은 경우, 상기 키트는 이중가닥 형광 염료를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 염료는 DNA에 킬레이팅(chelating)되는 것일 수 있다. 상기 형광 염료는 예를 들어, SYBR green일 수 있다. 또한, 상기 형광 염료는 이중가닥 DNA에 킬레이팅 되기 전에는 형광신호를 거의 나타내지 않지만, 이중가닥 DNA에 킬레이팅된 후에는 형광신호가 크게 증가함으로써 표적 물질을 검출할 수 있다.The reporter is, for example, fluorescein, fluorescein chlorotriazinyl, rhodamine green, rhodamine red, tetramethylrhodamine, FITC, Oregon green, Alexa Fluor, FAM, JOE, ROX, HEX, Texas Red, TET, TRITC, TAMRA, Cyanine series dyes and siadicarbocyanin (thiadicarbocyanine) It may be one or more selected from the group consisting of dyes. In addition, the quencher is, for example, Dabcyl, TAMRA, Eclipse, DDQ, QSY, Blackberry Quencher, Black Hole Quencher, Qxl, Iowa black FQ, Iowa Black It may be one or more selected from the group RQ and IRDye QC-1. In another embodiment, when the labeling material is not bound to the 5'end of the probe, the kit may further include a double-stranded fluorescent dye, and the dye may be chelated to DNA. The fluorescent dye may be, for example, SYBR green. In addition, the fluorescent dye hardly shows a fluorescent signal before being chelated to the double-stranded DNA, but after chelating to the double-stranded DNA, the fluorescent signal is greatly increased, so that a target substance can be detected.

또한 하이드로겔의 표면 또는 내부에 항체가 고정된 경우 상기 항체에 표적 핵산의 등온증폭 산물; 및 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 항체가 복합체를 형성할 수 있다. 상기 하이드로겔의 표면 또는 내부에는 1 이상의 항체가 고정된 것일 수 있다. 상기 항체는 예를 들어, 스트렙타비딘, 항-디곡시게닌, 항-탐라, 항-텍사스레드, 안티-합텐 등인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 항체에 특이적으로 결합할 수 있는 항원을 이용하여 항원-항체 복합체를 형성하는 것일 수 있다. 일 구체예에서, 상기 하이드로겔의 표면 또는 내부에 안티-합텐이 고정된 경우, 상기 안티-합텐에 특이적으로 결합할 수 있는 합텐을 프라이머의 5'말단에 결합하여 안티-합텐과 합텐-프라이머의 항원-항체 복합체를 형성하는 것일 수 있다. 이때, 상기 5'합텐-프라이머는 등온증폭 반응에 참여하고 5'합텐-프라이머가 포함된 등온증폭 산물이 하이드로겔의 표면 또는 내부에 고정된 안티-합텐에 특이적으로 결합하는 것일 수 있다(도 2). In addition, when the antibody is immobilized on the surface or inside of the hydrogel, the isothermal amplification product of the target nucleic acid to the antibody; And an antibody capable of specifically binding to the isothermal amplification product of the target nucleic acid may form a complex. One or more antibodies may be immobilized on the surface or inside of the hydrogel. The antibody may be, for example, streptavidin, anti-digoxigenin, anti-tamra, anti-texasred, anti-hapten, or the like. Specifically, it may be to form an antigen-antibody complex using an antigen capable of specifically binding to the antibody. In one embodiment, when the anti-hapten is fixed on the surface or inside of the hydrogel, the hapten capable of specifically binding to the anti-hapten is bound to the 5'end of the primer, and the anti-hapten and the hapten-primer It may be to form an antigen-antibody complex of. At this time, the 5'hapten-primer participates in the isothermal amplification reaction, and the isothermal amplification product including the 5'hapten-primer may specifically bind to the anti-hapten fixed on the surface or inside of the hydrogel (Fig. 2).

다른 구체예에서, 상기 하이드로겔의 표면 또는 내부에 스트렙타비딘이 고정된 경우, 상기 스트렙타비딘과 이에 특이적으로 결합할 수 있는 비오틴이 스트렙타비딘-비오틴 복합체를 형성하는 것일 수 있다. 구체적으로, 5' 말단에 비오틴이 결합된 정방향 내부 프라이머 또는 역방향 내부 프라이머; 및 상기 외부 프라이머로 등온증폭된 산물과 스트렙타비딘이 복합체를 형성하는 것일 수 있다. In another embodiment, when streptavidin is immobilized on the surface or inside of the hydrogel, the streptavidin and biotin capable of specifically binding thereto may form a streptavidin-biotin complex. Specifically, a forward inner primer or a reverse inner primer in which biotin is bound to the 5'end; And a product isothermal amplified by the external primer and streptavidin may form a complex.

다른 구체예에서, 하이드로겔의 표면 또는 내부에 핵산 프로브가 고정된 경우 상기 프로브에 표적 핵산의 등온증폭 산물; 및 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 프로브가 복합체를 형성할 수 있다. 상기 하이드로겔의 표면 또는 내부에는 핵산 프로브가 1 이상 고정된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 핵산 프로브에 표적 핵산의 등온증폭 산물이 상보적으로 결합할 수 있다. 예를 들어, 하이드로겔의 표면 또는 내부에 아크릴디트가 결합된 프라이머 또는 아크릴디트가 결합된 핵산 프로브가 결합된 경우, 상기 프라이머 또는 프로브에 상보적으로 결합할 수 있는 표적 핵산의 등온증폭 산물이 결합할 수 있다. 이후, 상기 프라이머 또는 프로브와 결합한 표적 핵산의 등온증폭 산물의 등온증폭 반응을 추가적으로 수행할 수 있다(도 3a). 도 3b는 도 3a를 구체화한 것으로서, 하이드로겔의 표면 또는 내부에 고정되고 말단에 링커가 결합된 정방향 내부 프라이머 또는 프로브와, 등온증폭용 조성물에 포함되고 말단에 형광물질이 결합된 역방향 내부 프라이머를 이용한 검출 방법을 나타낸다. 도 3a 및 3b에 나타난 바와 같이, 일 구체예에 따른 키트는 정방향 내부 프라이머 또는 프로브의 말단에 하이드로겔의 표면 또는 내부와 결합할 수 있는 링커가 결합되어 있고, 역방향 내부 프라이머에 형광 표지 물질이 결합되어 있어 표적 물질의 등온증폭 산물이 상기 프라이머와 결합함으로써 표적 물질을 특이적으로 검출할 수 있다. 이때, 상기 역방향 내부 프라이머는 등옥증폭용 조성물에 포함된 것으로서, 등온증폭반응에 참여한 등온증폭산물이 하이드로겔에 고정된 정방향 내부 프라이머 또는 프로브와 상보적으로 결합함으로써 표적 물질을 특이적으로 검출할 수 있다. In another embodiment, when a nucleic acid probe is immobilized on the surface or inside of a hydrogel, an isothermal amplification product of a target nucleic acid to the probe; And a probe capable of specifically binding to the isothermal amplification product of the target nucleic acid may form a complex. One or more nucleic acid probes may be immobilized on the surface or inside of the hydrogel. Specifically, an isothermal amplification product of a target nucleic acid may be complementarily bound to the nucleic acid probe. For example, when a primer or a nucleic acid probe to which acrylicdite is bound is bound to the surface or inside of the hydrogel, the isothermal amplification product of the target nucleic acid capable of complementary binding to the primer or probe is bound can do. Thereafter, an isothermal amplification reaction of the isothermal amplification product of the target nucleic acid bound to the primer or probe may be additionally performed (FIG. 3A). Figure 3b is a concrete embodiment of Figure 3a, a forward internal primer or probe fixed on the surface or inside of a hydrogel and a linker is bonded to the end, and a reverse internal primer included in the composition for isothermal amplification and a fluorescent material is bonded to the end. The detection method used is shown. 3A and 3B, in the kit according to an embodiment, a linker capable of binding to the surface or inside of the hydrogel is bonded to the end of the forward inner primer or probe, and the fluorescent labeling material is bonded to the reverse inner primer. Therefore, the isothermal amplification product of the target substance can be specifically detected by binding with the primer. At this time, the reverse internal primer is included in the composition for amplification of the lamp, and the isothermal amplification product participating in the isothermal amplification reaction is complementarily bound to the forward internal primer or probe fixed on the hydrogel, thereby specifically detecting the target material. have.

상기한 바와 같이, 하이드로겔의 표면 또는 내부에 고정된 1 이상의 항체 또는 핵산 프로브에 등온증폭 산물이 결합함으로써 여러 개의 표적 물질을 동시에 검출할 수 있다. 구체적으로, 하이드로겔의 표면 또는 내부에 1 이상의 박테리아 또는 바이러스 핵산에 특이적으로 결합하는 핵산 프라이머, 프로브 또는 항체가 고정되어 있어, 상기 프라이머, 프로브 또는 항체에 등온증폭 산물이 결합함으로써 하이드로겔의 위치마다 특이적인 형광 발현을 모니터링 함으로써 표적 물질을 동시에 다중으로 검출할 수 있다. As described above, the isothermal amplification product is bound to one or more antibodies or nucleic acid probes immobilized on the surface or inside of the hydrogel, so that several target substances can be simultaneously detected. Specifically, a nucleic acid primer, probe, or antibody that specifically binds to at least one bacterial or viral nucleic acid is immobilized on the surface or inside of the hydrogel, so that the isothermal amplification product binds to the primer, probe or antibody, thereby positioning the hydrogel. By monitoring specific fluorescence expression for each, it is possible to detect multiple target substances simultaneously.

상기 하이드로겔은 PEG (polyehthylene glycol), PEGDA (Poly ethylene glycol diacrylate), PEGDMA (Poly ethylene glycol dimetacrylate), 광개시제(photoinitiator) 또는 이의 조합인 것일 수 있다. 상기 광개시제는 예를 들어, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone) 또는 리튬 페닐-2,4,6-트리메틸벤졸포스페이트(Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphate)인 것일 수 있다. 또한, 상기 하이드로겔에 스트렙타비딘, 항-디곡시게닌, 항-TAMRA, 항-텍사스레드, 및 그라핀(graphene)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상이 추가로 포함될 수 있다. 상기 스트렙타비딘은 그 자체 또는 비드에 코팅된 것일 수 있다. 하이드로겔에 스트렙타비딘이 코팅된 비드를 포함하는 경우 겔의 포어(pore) 사이즈를 증가시킬 수 있다. 일반적으로 등온증폭법은 기존 PCR 방법보다 반응시 프라이머의 농도가 10 내지 1,000배 정도 높다. 증폭산물을 검출하기 위한 형광표지물질은 DNA 이중 가닥에 킬레이팅(chelating)한 후 형광을 띄지만, 비일반적으로는 단일 가닥의 농도가 높을 경우에 형광을 띄기도 한다. 따라서, 상기 그라핀은 등온증폭 산물의 형광 검출에 위양성을 감소시키기 위해 추가될 수 있다. 상기 그라핀은 예를 들어, 하이드로겔에 첨가되거나 또는 스트렙타비딘, 항-디곡시게닌, 항-TAMRA 또는 항-텍사스레드가 추가된 하이드로겔에 추가로 첨가될 수 있다. 이때 상기 그라핀은 단일 가닥과 결합하여 형광표지물질과 킬레이팅 하기 어렵고, 단일 가닥과 결합된 형광표지물질은 그라핀에 의해 형광이 ??칭(quenching)될 수 있다. 또한, 이중 가닥은 그라핀과 결합하지 않아 형광 염료와 킬레이팅 할 수 있는바 프라이머에 의한 형광 백그라운드를 제거할 수 있다. The hydrogel may be PEG (polyehthylene glycol), PEGDA (polyethylene glycol diacrylate), PEGDMA (polyethylene glycol dimetacrylate), photoinitiator, or a combination thereof. The photoinitiator is, for example, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (2-Hydroxy-2-methylpropiophenone) or lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzol phosphate (Lithium phenyl-2,4,6- trimethylbenzoylphosphate). In addition, the hydrogel may further contain one or more selected from the group consisting of streptavidin, anti-digoxigenin, anti-TAMRA, anti-texathread, and graphene. The streptavidin may be itself or may be coated on beads. When the hydrogel contains streptavidin-coated beads, the pore size of the gel may be increased. In general, the isothermal amplification method has a concentration of primers 10 to 1,000 times higher during reaction than the conventional PCR method. Fluorescent labeling materials for detecting amplification products exhibit fluorescence after chelating DNA double strands, but in general, fluorescence when the concentration of single strands is high. Therefore, the graphene may be added to reduce false positives in fluorescence detection of isothermal amplification products. The graphene may be added, for example, to a hydrogel or may be additionally added to a hydrogel to which streptavidin, anti-digoxigenin, anti-TAMRA or anti-texathread has been added. At this time, the graphene is difficult to chelate with a fluorescent labeling material by binding to a single strand, and fluorescence of the fluorescent labeling material bound to a single strand may be quenched by graphene. In addition, since the double strand does not bind to graphene, it can be chelated with a fluorescent dye, so that the fluorescent background by the primer can be removed.

일 구체예에서, 상기 표적 물질은 폐렴연쇄상구균(Streptococcus pneumoniae), 헤모필루스 인플루엔자(Haemophilus influenzae), 폐렴미코플라스마(Mycoplasma pneumoniae), 클라미도필라 뉴모니아(Chlamydophila pneumoniae), 메타누모바이러스(Metapneumovirus), 코로나바이러스 229E(Coronavirus 229E), 코로나바이러스 NL63(Coronavirus NL63) 및 코로나바이러스 OC43(Coronavirus OC43)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다. In one embodiment, the target material is Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Mycoplasma pneumoniae, Chlamydophila pneumoniae, Metanumovirus, Metanumovirus, Coronavirus 229E (Coronavirus 229E), Coronavirus NL63 (Coronavirus NL63), and Coronavirus OC43 (Coronavirus OC43) may be one or more selected from the group consisting of.

상기한 바와 같이, 일 양상에 따른 키트는 하이드로겔의 표면 또는 내부에 핵산 프로브 또는 항체가 고정되어 있어 등온증폭 산물과 특이적으로 결합함으로써 여러 개의 표적 물질을 동시에 검출할 수 있다. 이때, 정방향 내부 프라이머 또는 역방향 내부 프라이머가 형광 염료에 결합되어 있거나, 이중 가닥 DNA에 결합 가능한 형광 염료가 변위(displacement)함으로써 형광 신호를 발생할 수 있으며 방출된 형광을 모니터링 함으로써 등온증폭 산물을 검출할 수 있다. As described above, in the kit according to an aspect, since the nucleic acid probe or antibody is immobilized on the surface or inside of the hydrogel, it is possible to detect several target substances simultaneously by specifically binding to the isothermal amplification product. At this time, a fluorescent signal can be generated by the forward internal primer or the reverse internal primer is bound to a fluorescent dye or a fluorescent dye capable of binding to double-stranded DNA is displaced, and the isothermal amplification product can be detected by monitoring the emitted fluorescence. have.

다른 양상은 개체의 생물학적 시료로부터 핵산 시료를 수득하는 단계; 하이드로겔의 표면 또는 내부에 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 프로브 또는 항체가 고정된 기판에, 상기 시료를 접촉시키는 단계; 및 등온증폭용 조성물을 첨가하여 등온증폭 반응을 수행하는 단계를 포함하는 표적 물질을 다중 검출하는 방법을 제공한다. 상기 방법에 의해 표적 물질을 동시에 다중으로 검출함으로써 개체의 바이러스 및/또는 박테리아의 감염 여부를 신속하게 진단할 수 있다. Another aspect comprises obtaining a nucleic acid sample from a biological sample of the subject; Contacting the sample with a substrate on which a nucleic acid probe or antibody capable of specifically binding to an isothermal amplification product of a target nucleic acid is immobilized on the surface or inside of the hydrogel; And it provides a method for multiple detection of a target substance comprising the step of performing an isothermal amplification reaction by adding a composition for isothermal amplification. By simultaneously detecting a target substance by the above method multiplexedly, it is possible to quickly diagnose whether an individual is infected with viruses and/or bacteria.

일 구체예에서, 상기 방법은 개체의 생물학적 시료로부터 핵산 시료를 수득하는 단계를 포함한다. 상기 개체는 급성호흡기 감염병을 검출하기 위한 대상이 되며, 예를 들어 급성호흡기 감염병의 가능성을 예측하기 위한 대상, 급성호흡기 감염병의 상태를 진단하기 위한 대상, 급성호흡기 감염병의 예후 예측을 판단하기 위한 대상, 급성호흡기 감염병의 예방 또는 치료용 약제의 투여량을 결정하기 위한 대상, 급성호흡기 감염병의 진행에 따른 치료 방법을 결정하기 위한 대상 등을 의미한다. 상기 개체는 척추동물인 것일 수 있고, 구체적으로 포유류, 양서류, 파충류, 조류 등 인 것일 수 있으며, 보다 구체적으로, 포유동물인 것일 수 있고, 예를 들면 인간(Homo sapiens)일 수 있으며, 한국인일 수 있다. 상기 시료는 개체로부터 분리된 조직, 세포, 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 객담, 뇌척수액 또는 뇨와 같은 시료 등을 포함할 수 있다.In one embodiment, the method comprises obtaining a nucleic acid sample from a biological sample of the subject. The individual is a target for detecting acute respiratory infectious diseases, for example, a target for predicting the likelihood of an acute respiratory infectious disease, a target for diagnosing the state of an acute respiratory infectious disease, and a target for determining the prognosis of an acute respiratory infectious disease , It means a target for determining the dose of a drug for preventing or treating acute respiratory infectious diseases, a target for determining a treatment method according to the progression of acute respiratory infectious diseases, etc. The individual may be a vertebrate animal, specifically mammals, amphibians, reptiles, birds, etc., more specifically, may be a mammal, for example, a human ( Homo sapiens ), a Korean I can. The sample may include a sample such as tissue, cells, whole blood, serum, plasma, saliva, sputum, cerebrospinal fluid or urine isolated from an individual.

일 구체예에서, 상기 방법은 하이드로겔의 표면 또는 내부에 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 프로브 또는 항체가 고정된 기판에, 상기 시료를 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 기판의 구체적인 내용은 전술한 바와 같다. In one embodiment, the method includes contacting the sample with a substrate on which a probe or antibody capable of specifically binding to an isothermal amplification product of a target nucleic acid is immobilized on the surface or inside of the hydrogel. Details of the substrate are as described above.

일 구체예에서, 상기 방법은 등온증폭용 조성물을 첨가하여 등온증폭 반응을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 등온증폭용 조성물은 내부 프라이머 세트 및 외부 프라이머 세트를 포함한다. 상기 내부 프라이머 세트 및 외부 프라이머 세트의 구체적인 내용은 전술한 바와 같다. 또한, 상기 조성물은 등온증폭 반응을 수행하기 위한 DNA 중합효소, dNTPs 및 버퍼를 추가로 포함할 수 있다. 상기 등온증폭 반응은 30 내지 75℃에서 20 내지 120분 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 등온증폭 반응은 예를 들어 30 내지 75℃, 30 내지 70℃, 30 내지 65℃, 50 내지 75℃ 또는 55 내지 70℃에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 등온증폭 반응은 예를 들어 20 내지 120분, 20 내지 100분, 30 내지 80분, 30 내지 60분, 50 내지 120분, 50 내지 100분 또는 50 내지 80분 동안 수행될 수 있다. 이때, 반응 온도가 상기 범위 미만인 경우 Bst 중합효소가 충분히 활성화되지 못할 뿐만 아니라 프로브 및 프라이머가 핵산에 비정상적으로 결합한다는 문제점이 있으며 상기 범위를 초과하는 경우 Bst 중합효소가 충분히 활성화되지 못할 뿐만 아니라 프로브 및 프라이머가 핵산에 결합하지 못하게 되는 문제점이 있다. 또한, 반응 시간이 상기 범위 미만인 경우 증폭 반응이 충분히 일어나지 않아 위음성 결과를 나타낼 수 있다는 문제점이 있으며 상기 범위를 초과하는 경우 비특이적인 증폭 반응이 일어나 위양성 결과를 나타낼 수 있다는 문제점이 있다. 상기와 같은 등온증폭반응을 통해 증폭된 등온증폭 산물과 결합된 하이드로겔에 고정된 프로브는 등온증폭용 조성물 내의 형광표지물질이 결합된 내부 프라이머 세트 및 외부 프라이머 세트와 상보적으로 결합할 수 있다. 이때 상기 형광표지물질에서 방출된 형광 신호를 측정함으로써 표적 물질을 검출할 수 있다. 일 실시예에서는, 내부 프라이머에 형광염료를 결합하여 등온증폭 반응을 수행하여 형광도를 측정하였고 반응 후 UV 하에서 형광현미경을 통하여 형광 검출 여부를 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 방법에 따라 여러 개의 표적 물질을 동시에 검출할 수 있으므로 현장에서 바이러스 및/또는 박테리아의 감염 여부를 신속하게 진단할 수 있다. In one embodiment, the method includes performing an isothermal amplification reaction by adding a composition for isothermal amplification. The composition for isothermal amplification includes an inner primer set and an outer primer set. Details of the inner primer set and the outer primer set are as described above. In addition, the composition may further include a DNA polymerase, dNTPs, and a buffer for performing an isothermal amplification reaction. The isothermal amplification reaction may be performed at 30 to 75°C for 20 to 120 minutes. The isothermal amplification reaction may be performed at, for example, 30 to 75°C, 30 to 70°C, 30 to 65°C, 50 to 75°C, or 55 to 70°C. In addition, the isothermal amplification reaction may be performed for, for example, 20 to 120 minutes, 20 to 100 minutes, 30 to 80 minutes, 30 to 60 minutes, 50 to 120 minutes, 50 to 100 minutes, or 50 to 80 minutes. At this time, if the reaction temperature is less than the above range, there is a problem that not only the Bst polymerase is not sufficiently activated, but also the probe and the primer are abnormally bound to the nucleic acid. If the reaction temperature exceeds the above range, the Bst polymerase is not sufficiently activated, as well as the probe and There is a problem in that the primer cannot bind to the nucleic acid. In addition, when the reaction time is less than the above range, there is a problem in that the amplification reaction does not sufficiently occur, resulting in a false negative result, and when the reaction time exceeds the above range, a non-specific amplification reaction may occur, resulting in a false positive result. The probe fixed to the hydrogel coupled with the isothermal amplification product amplified through the isothermal amplification reaction as described above can be complementarily combined with the inner primer set and the outer primer set to which the fluorescent labeling material in the composition for isothermal amplification is bound. At this time, the target material may be detected by measuring the fluorescence signal emitted from the fluorescent labeling material. In one embodiment, an isothermal amplification reaction was performed by combining a fluorescent dye with an inner primer to measure fluorescence, and after the reaction, it was possible to confirm whether or not fluorescence was detected through a fluorescence microscope under UV. Therefore, since several target substances can be simultaneously detected according to the above method, it is possible to quickly diagnose whether a virus and/or bacteria are infected in the field.

일 구체예에 따른 키트는 기판 상에, 하이드로겔의 표면 또는 내부에 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 프로브 또는 항체가 고정 되어 있는 바 프로브 또는 항체 간에 교차 반응이나 간섭 반응 없이 여러 개의 표적 물질을 동시에 검출할 수 있다. 또한, 등온증폭법을 이용함으로써 현장에서 신속하게 진단할 수 있을 뿐만 아니라 민감도와 특이도가 우수한 진단검사 시스템을 구축할 수 있다. In the kit according to an embodiment, a probe or antibody capable of specifically binding to the isothermal amplification product of the target nucleic acid is immobilized on the substrate, on the surface or inside of the hydrogel, without cross-reaction or interference reaction between the probes or antibodies. Multiple target substances can be detected simultaneously. In addition, by using the isothermal amplification method, it is possible not only to quickly diagnose in the field, but also to construct a diagnostic test system having excellent sensitivity and specificity.

도 1은 등온증폭산물과 특이적으로 결합하는 핵산을 포함하는 3차원 겔을 이용한 표적 물질 검출 키트의 일 모식도이다.
도 2는 표적 물질 검출 키트의 동작 원리를 나타내는 일 모식도로서, 안티 헵텐이 고정된 하이드로겔을 이용한 검출 방법을 나타낸다.
도 3a는 표적 물질 검출 키트의 동작 원리를 나타내는 일 모식도로서, 핵산 프라이머 또는 프로브가 결합된 하이드로겔을 이용한 검출 방법을 나타낸다.
도 3b는 도 3a를 구체화한 것으로서, 하이드로겔의 표면 또는 내부에 고정되고 말단에 링커가 결합된 정방향 내부 프라이머 또는 프로브와, 등온증폭용 조성물에 포함되고 말단에 형광물질이 결합된 역방향 내부 프라이머를 이용한 검출 방법을 나타낸다.
도 4a는 각각 스트렙타비딘, 항-디곡시게닌, 항-텍사스레드 및 항-TAMRA가 고정된 기판을 나타낸 그림이다.
도 4b는 하이드로겔에 아크릴디트 정방향 내부 프라이머가 결합된 기판을 나타낸 그림이다.
도 5는 스트렙타비딘이 고정된 하이드로겔에서 비오틴-정방향 내부 프라이머, FAM-역방향 내부 프라이머 및 외부 프라이머를 이용하여 등온증폭하고 형광 분석한 결과이다.
도 6은 아크릴디트-핵산 프라이머가 고정된 하이드로겔에서 정방향 내부 프라이머, FAM-역방향 내부 프라이머 및 외부 프라이머를 이용하여 등온증폭하고 형광 분석한 결과이다.
1 is a schematic diagram of a kit for detecting a target substance using a three-dimensional gel containing a nucleic acid specifically binding to an isothermal amplification product.
2 is a schematic diagram showing the operating principle of the target substance detection kit, and shows a detection method using a hydrogel immobilized with anti-heptene.
3A is a schematic diagram showing the operating principle of a target substance detection kit, and shows a detection method using a nucleic acid primer or a hydrogel to which a probe is bound.
Figure 3b is a concrete embodiment of Figure 3a, a forward internal primer or probe fixed on the surface or inside of a hydrogel and a linker is bonded to the end, and a reverse internal primer included in the composition for isothermal amplification and a fluorescent material is bonded to the end. The detection method used is shown.
4A is a diagram showing a substrate on which streptavidin, anti-digoxigenin, anti-texathread and anti-TAMRA are fixed, respectively.
4B is a diagram showing a substrate to which an acrylic dite forward inner primer is bonded to a hydrogel.
5 is a result of isothermal amplification and fluorescence analysis using a biotin-forward inner primer, a FAM-reverse inner primer, and an outer primer in a hydrogel fixed with streptavidin.
6 is a result of isothermal amplification and fluorescence analysis using a forward inner primer, a FAM-reverse inner primer, and an outer primer in a hydrogel fixed with an acrylicdite-nucleic acid primer.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

[실시예][Example]

실시예 1. 표적 물질 검출 키트의 제작Example 1. Preparation of target substance detection kit

1-1. 프라이머 세트의 제작1-1. Preparation of primer set

각 박테리아 및 바이러스 유전체에 대한 등온증폭 반응을 위한 프라이머 세트는 Primer Explore(http://primerexplorer.jp/e/index.html)를 사용하여 제작하였으며, 프라이머의 염기서열은 하기 표 1과 같다.Primer sets for isothermal amplification reactions for each bacterial and viral genome were prepared using Primer Explore (http://primerexplorer.jp/e/index.html), and the base sequences of the primers are shown in Table 1 below.

표적물질/프라이머Target substance/primer 정방향 외부 프라이머(Forward outer primer, FO)Forward outer primer (FO) 정방향 내부 프라이머(Forward inner primer, FIP)Forward inner primer (FIP) 역방향 외부 프라이머(Backward outer primer, BO)Reverse outer primer (BO) 역방향 내부 프라이머(Backward inner primer, BIP)Reverse inner primer (BIP) Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae TCAGACAGAGTGGAAGCATCAGACAGAGTGGAAGCA CCTGTTACAACTCGGGCACCGATTTTGGACAATACAGAAGTGAACCTGTTACAACTCGGGCACCGATTTTGGACAATACAGAAGTGAA GCAACTACATTGTCACGTAAGCAACTACATTGTCACGTAA AAGGTGGATATGGTAGAGGACTTGAGTTGTATAGGAAATCGGCAAAAGGTGGATATGGTAGAGGACTTGAGTTGTATAGGAAATCGGCAA Haemophilus influenzaeHaemophilus influenzae CTCATTTAGGAGAAATCTAATGAACCTCATTTAGGAGAAATCTAATGAAC GCATCGTTGTTAGAGGAACTACAAGAAATCATTATTAGTTGCAGGTTCTGGCATCGTTGTTAGAGGAACTACAAGAAATCATTATTAGTTGCAGGTTCTG GTGATGTCGTATTTATCAAAACCGTGATGTCGTATTTATCAAAACC AGGCAATGGTGCTGCTCAAAGTTGTAACGTTGTTGAAGATCAGAGGCAATGGTGCTGCTCAAAGTTGTAACGTTGTTGAAGATCAG Mycoplasma pneumoniaeMycoplasma pneumoniae GCTAGAGTTTGACTGTACCATTGCTAGAGTTTGACTGTACCATT CGGATAACGCTTGCGACCTATATAAGTGACGACTAACTATGTGCCGGATAACGCTTGCGACCTATATAAGTGACGACTAACTATGTGC AAAACTCCCTACCACACTCAAAACTCCCTACCACACTC CGCAGGCGGATTGAAAAGTCTTTCCAATGCATACAACTGTCGCAGGCGGATTGAAAAGTCTTTCCAATGCATACAACTGT Chlamydophila pneumoniaeChlamydophila pneumoniae AATGAACTACCAAACGTTTCTAATGAACTACCAAACGTTTCT CATTCCCATAAAGCTCCACGAGATGGAGTTGTTGAACTCTACACCATTCCCATAAAGCTCCACGAGATGGAGTTGTTGAACTCTACAC CTTGGGTTTGTTTACAGAGAACTTGGGTTTGTTTACAGAGAA CGGTTGTGCAACTTTGGGAGGTTACAGATCACATTAAGTTCTTCACGGTTGTGCAACTTTGGGAGGTTACAGATCACATTAAGTTCTTCA MetapneumovirusMetapneumovirus TTAAGAATGCCCTCAAAACGTTAAGAATGCCCTCAAAACG CTTTCAGCTCTCTCACTGCAGTAGCAGTATCTACATTGGGGACTTTCAGCTCTCTCACTGCAGTAGCAGTATCTACATTGGGGA TCTGTTGAATTGACTGAAGCTCTGTTGAATTGACTGAAGC TGTGAGCAAGAATTTAACTCGTGCCGGCCATTTTTAGGTCATCTGTGAGCAAGAATTTAACTCGTGCCGGCCATTTTTAGGTCATC Coronavirus 229ECoronavirus 229E AGAAAATGTATTTGCTGTTGAGAAGAAAATGTATTTGCTGTTGAGA CCTCACAACACCATCTACAACAGATTGGTGGTTATATACCCTCCGCCTCACAACACCATCTACAACAGATTGGTGGTTATATACCCTCCG AAACATCTGAGGAAAAACCTTAAACATCTGAGGAAAAACCTT GTTGCTTAATTGCTTATGGTCTGTTATCACCTCTCCCAGTACCGTTGCTTAATTGCTTATGGTCTGTTATCACCTCTCCCAGTACC Coronavirus OC43Coronavirus OC43 ACAATGTATGTTAGGCCGAT ACAATGTATGTTAGGCCGAT GCCAAAGAATAGCCAGTACCTAGTTAGGACTATCATACTCTGACGG GCCAAAGAATAGCCAGTACCTAGTTAGGACTATCATACTCTGACGG ACATAAACAGCAAAACCACTA ACATAAACAGCAAAACCACTA AGATTTGCCAGCTTATATGACTGTTATCGCTTATCCTGTCAAGAA AGATTTGCCAGCTTATATGACTGTTATCGCTTATCCTGTCAAGAA Coronavirus NL63Coronavirus NL63 TTCCACACTAGTGGACGG TTCCACACTAGTGGACGG CCAGTTGAAGATTTAAGACCAGGTACTAGACTTTATCAACCACTCCG CCAGTTGAAGATTTAAGACCAGGTACTAGACTTTATCAACCACTCCG CCAAAGAATTAGCACTGAAGTT CCAAAGAATTAGCACTGAAGTT TAATGCCACTGGTTCTGATGTTAAGTAACGCATAACATCAACAAC TAATGCCACTGGTTCTGATGTTAAGTAACGCATAACATCAACAAC

1-2. 표적 물질 검출 키트의 제작1-2. Preparation of target substance detection kit

PBS를 포함하는 버퍼에, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(Poly(ethyleneglycol)diacrylate) 및 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone)이 각각 0.6 g/㎖ 및 0.01 g/㎖이 되도록 증류수를 혼합하고 60℃에서 약 30분 동안 용해시켜 투명한 제1 겔 조성물 용액을 제조하였다. In the buffer containing PBS, polyethylene glycol diacrylate (Poly(ethyleneglycol) diacrylate) and 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (2-Hydroxy-2-methylpropiophenone) were respectively 0.6 g/ml and 0.01 g/ Distilled water was mixed so as to become ml and dissolved at 60° C. for about 30 minutes to prepare a transparent first gel composition solution.

이어서, 증류수에 등온증폭산물과 특이적으로 결합하는 핵산 프로브 10 μM이 용해된 용액을 제1 겔 조성물과 1:10의 비율로 혼합한 후 약 5초 동안 볼텍싱하여 제2 겔 조성물 용액을 제조하였다. 이때, 상기 프로브는 스트렙타비딘 또는 클라미도필라 뉴모니아(Chlamydophila pneumonia)에 대한 아크릴티드-정방향 내부 프라이머를 사용하였다. 상온 및 오염되지 않은 공간에서, 상기 제2 겔 조성물 용액을 96 웰 플레이트의 각 웰에 1 ㎛ 간격으로 0.5 ㎕씩 분주하고 UV를 이용하여 겔화 시켰다. 이를 통해 표적 물질에 대한 등온증폭산물과 특이적으로 결합하는 핵산이 고정 또는 결합된 겔 스팟이 부착된 표적 물질 검출 키트를 제작하였다.Subsequently, a solution in which 10 μM of a nucleic acid probe that specifically binds an isothermal amplification product is dissolved in distilled water is mixed with the first gel composition in a ratio of 1:10, and then vortexed for about 5 seconds to prepare a second gel composition solution. I did. In this case, as the probe, an acrylate-forward inner primer for streptavidin or Chlamydophila pneumonia was used. At room temperature and in an uncontaminated space, 0.5 µl of the second gel composition solution was dispensed into each well of a 96-well plate at 1 µm intervals and gelled using UV. Through this, a target substance detection kit with a gel spot to which a nucleic acid that specifically binds to an isothermal amplification product for a target substance is fixed or bound was prepared.

실시예 2. 급성호흡기 감염병을 유발하는 바이러스 및 박테리아의 검출Example 2. Detection of viruses and bacteria causing acute respiratory infections

클라미도필라 뉴모니아(Chlamydophila pneumonia) Omp A gene DNA를 (주)바이오니아에서 합성하여 주형으로 사용하였다. 상기 실시예 1에서 제작한 표적 물질 검출 키트에 클라미도필라 뉴모니아(Chlamydophila pneumonia)에 대한 등온증폭 조성물을 첨가하여 60℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 이후, 세척 버퍼로 세척하여 형광을 분석하였다. 스트렙타비딘이 고정된 하이드로겔이 부착된 키트를 사용할 경우, 정방향 외부 프라이머, 비오틴-정방향 내부 프라이머, 역방향 외부 프라이머, FITC-역방향 외부 프라이머, 역방향 내부 프라이머, dNTP, Bst 폴리머라아제 및 버퍼를 등온증폭 조성물로 사용하였다. 또한, 상기 아크릴디트-정방향 내부 프라이머가 고정된 하이드로겔이 부착된 키트를 사용한 경우, 정방향 외부 프라이머, 정방향 내부 프라이머, 역방향 외부 프라이머, FITC-역방향 외부 프라이머, 역방향 내부 프라이머, dNTP, Bst 폴리머라제 및 버퍼를 등온증폭 조성물로 사용하였다. Chlamydophila pneumonia Omp A gene DNA was synthesized by Bioneer Co., Ltd. and used as a template. An isothermal amplification composition for Chlamydophila pneumonia was added to the target substance detection kit prepared in Example 1 and reacted at 60° C. for 1 hour. Thereafter, fluorescence was analyzed by washing with a washing buffer. When using a kit with a hydrogel fixed with streptavidin, the forward outer primer, biotin-forward inner primer, reverse outer primer, FITC-reverse outer primer, reverse inner primer, dNTP, Bst polymerase and buffer are isothermal. It was used as an amplification composition. In addition, in the case of using the kit to which the hydrogel to which the acrylicdite-forward inner primer is fixed is used, the forward outer primer, the forward inner primer, the reverse outer primer, the FITC-reverse outer primer, the reverse inner primer, dNTP, Bst polymerase and The buffer was used as an isothermal amplification composition.

도 5는 스트렙타비딘을 겔에 고정한 후 등온증폭하여 형광 분석한 결과이고, 도 6은 Acrydite-핵산 프로브를 겔에 결합한 후 등온 증폭하여 형광 분석한 결과이다. Positive는 표적 물질 포함 군, Negative는 표적 물질 미포함 군, w/o dntp는 뉴클레오사이드 삼인산 미포함 군, Non-target probe는 표적 물질이 아닌 다른 물질에 대한 핵산 프로브가 하이드로겔에 고정된 군, Control은 아무 처리 하지 않은 하이드로겔을 의미한다. 5 is a result of fluorescence analysis by isothermal amplification after fixing streptavidin on a gel, and FIG. 6 is a result of fluorescence analysis by isothermal amplification after binding an Acrydite-nucleic acid probe to the gel. Positive is a group containing a target substance, Negative is a group that does not contain a target substance, w/o dntp is a group that does not contain nucleoside triphosphate, and a non-target probe is a group in which a nucleic acid probe for a substance other than the target substance is immobilized on the hydrogel, Control Means untreated hydrogel.

도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이 표적 물질이 존재할 때, 표적 물질에 대한 핵산 프로브가 고정된 겔에서만 형광이 검출되어 감별 효능을 나타내는 것을 확인하였다. As shown in FIGS. 5 and 6, when the target material was present, it was confirmed that fluorescence was detected only in the gel to which the nucleic acid probe for the target material was immobilized, indicating a differentiation effect.

<110> Samsung Life Public Welfare Foundation <120> Kit for detecting target materials and method for detecting target materials using the same <130> PN120198 <160> 32 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward outer primer of Streptococcus pneumoniae <400> 1 tcagacagag tggaagca 18 <210> 2 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward inner primer of Streptococcus pneumoniae <400> 2 cctgttacaa ctcgggcacc gattttggac aatacagaag tgaa 44 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward outer primer of Streptococcus pneumoniae <400> 3 gcaactacat tgtcacgtaa 20 <210> 4 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward inner primer of Streptococcus pneumoniae <400> 4 aaggtggata tggtagagga cttgagttgt ataggaaatc ggcaa 45 <210> 5 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward outer primer of Haemophilus influenzae <400> 5 ctcatttagg agaaatctaa tgaac 25 <210> 6 <211> 50 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Sequence <220> <223> Backward inner primer of Mycoplasma pneumoniae <400> 12 cgcaggcgga ttgaaaagtc tttccaatgc atacaactgt 40 <210> 13 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward outer primer of Chlamydophila pneumoniae <400> 13 aatgaactac caaacgtttc t 21 <210> 14 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward inner primer of Chlamydophila pneumoniae <400> 14 cattcccata aagctccacg agatggagtt gttgaactct acac 44 <210> 15 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward outer primer of Chlamydophila pneumoniae <400> 15 cttgggtttg tttacagaga a 21 <210> 16 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward inner primer of Chlamydophila pneumoniae <400> 16 cggttgtgca actttgggag gttacagatc acattaagtt cttca 45 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward outer primer of Metapneumovirus <400> 17 ttaagaatgc cctcaaaacg 20 <210> 18 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward inner 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Sequence <220> <223> Backward outer primer of Coronavirus NL63 <400> 31 ccaaagaatt agcactgaag tt 22 <210> 32 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward inner primer of Coronavirus NL63 <400> 32 taatgccact ggttctgatg ttaagtaacg cataacatca acaac 45 <110> Samsung Life Public Welfare Foundation <120> Kit for detecting target materials and method for detecting target materials using the same <130> PN120198 <160> 32 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward outer primer of Streptococcus pneumoniae <400> 1 tcagacagag tggaagca 18 <210> 2 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward inner primer of Streptococcus pneumoniae <400> 2 cctgttacaa ctcgggcacc gattttggac aatacagaag tgaa 44 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward outer primer of Streptococcus pneumoniae <400> 3 gcaactacat tgtcacgtaa 20 <210> 4 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward 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pneumoniae <400> 10 cggataacgc ttgcgaccta tataagtgac gactaactat gtgc 44 <210> 11 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward outer primer of Mycoplasma pneumoniae <400> 11 aaaactccct accacactc 19 <210> 12 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward inner primer of Mycoplasma pneumoniae <400> 12 cgcaggcgga ttgaaaagtc tttccaatgc atacaactgt 40 <210> 13 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward outer primer of Chlamydophila pneumoniae <400> 13 aatgaactac caaacgtttc t 21 <210> 14 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward inner primer of Chlamydophila pneumoniae <400> 14 cattcccata aagctccacg agatggagtt gttgaactct acac 44 <210> 15 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward outer primer of Chlamydophila pneumoniae <400> 15 cttgggtttg tttacagaga a 21 <210> 16 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward inner primer of Chlamydophila pneumoniae <400> 16 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primer of Coronavirus NL63 <400> 29 ttccacacta gtggacgg 18 <210> 30 <211> 47 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward inner primer of Coronavirus NL63 <400> 30 ccagttgaag atttaagacc aggtactaga ctttatcaac cactccg 47 <210> 31 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward outer primer of Coronavirus NL63 <400> 31 ccaaagaatt agcactgaag tt 22 <210> 32 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Backward inner primer of Coronavirus NL63 <400> 32 taatgccact ggttctgatg ttaagtaacg cataacatca acaac 45

Claims (15)

하이드로겔의 표면 또는 내부에 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 프로브 또는 항체가 고정된 기판; 및 표적 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 세트를 포함하는 표적 물질의 다중 검출을 위한 키트. A substrate on which a nucleic acid probe or antibody capable of specifically binding to an isothermal amplification product of a target nucleic acid is immobilized on or inside the hydrogel; And a set of primers capable of specifically binding to a target nucleic acid. 청구항 1에 있어서, 상기 핵산 프로브는 표적 핵산의 정방향 내부 프라이머(Forward inner primer, FIP), 역방향 내부 프라이머(Backward inner primer, BIP), 표적 핵산과 상보적인 염기 서열을 가지는 DNA 또는 이들의 조합인 것인 키트. The method according to claim 1, wherein the nucleic acid probe is a forward inner primer (FIP) of the target nucleic acid, a backward inner primer (BIP), a DNA having a base sequence complementary to the target nucleic acid, or a combination thereof. In kit. 청구항 2에 있어서, 상기 핵산 프로브는 5'말단에 하이드로겔과 결합할 수 있는 링커가 결합된 것인 키트. The kit of claim 2, wherein the nucleic acid probe has a linker capable of binding to a hydrogel at the 5'end. 청구항 2에 있어서, 상기 정방향 내부 프라이머 또는 역방향 내부 프라이머의 5' 말단에 하이드로겔과 결합할 수 있는 링커가 결합된 것인 키트. The kit of claim 2, wherein a linker capable of binding to a hydrogel is bonded to the 5'end of the forward inner primer or the reverse inner primer. 청구항 2에 있어서, 상기 정방향 내부 프라이머 또는 역방향 내부 프라이머의 5' 말단에 표지 물질이 결합된 것인 키트. The kit of claim 2, wherein a labeling material is bound to the 5'end of the forward inner primer or the reverse inner primer. 청구항 5에 있어서, 상기 표지 물질은 플루오레신(fluorescein), 플루오레신 클로로트리아지 닐 (fluorescein chlorotriazinyl), 로다민 그린(rhodamine green), 로다민 레드(rhodamine red), 테트라메틸로다민(tetramethylrhodamine), FITC, 오레곤 그린(Oregon green), 알렉사 플루오로(Alexa Fluor), FAM, JOE, ROX, HEX, 텍사스 레드(Texas Red), TET, TRITC, TAMRA, 시아닌(Cyanine) 계열 염료 및 씨아디카르보시아닌 (thiadicarbocyanine) 염료로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 키트.The method of claim 5, wherein the labeling material is fluorescein, fluorescein chlorotriazinyl, rhodamine green, rhodamine red, tetramethylrhodamine ), FITC, Oregon green, Alexa Fluor, FAM, JOE, ROX, HEX, Texas Red, TET, TRITC, TAMRA, Cyanine series dyes and Ciadicarbo A kit that is one or more selected from the group consisting of cyanine (thiadicarbocyanine) dyes. 청구항 1에 있어서, 상기 표적 핵산은 폐렴연쇄상구균(Streptococcus pneumoniae), 헤모필루스 인플루엔자(Haemophilus influenzae), 폐렴미코플라스마(Mycoplasma pneumoniae), 클라미도필라 뉴모니아(Chlamydophila pneumoniae), 메타누모바이러스(Metapneumovirus), 코로나바이러스 229E(Coronavirus 229E), 코로나바이러스 NL63(Coronavirus NL63) 및 코로나바이러스 OC43(Coronavirus OC43)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 핵산인 것인 키트. The method according to claim 1, wherein the target nucleic acid is Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Mycoplasma pneumoniae, Chlamydophila pneumoniae, Metanumovirus, and Metanumovirus. Coronavirus 229E (Coronavirus 229E), Coronavirus NL63 (Coronavirus NL63), and Coronavirus OC43 (Coronavirus OC43) of one or more nucleic acids selected from the group consisting of a kit. 청구항 1에 있어서, 상기 항체는 스트렙타비딘, 항-디곡시게닌, 항-탐라, 항-텍사스레드로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 키트.The kit of claim 1, wherein the antibody is at least one selected from the group consisting of streptavidin, anti-digoxigenin, anti-tamra, and anti-texasred. 청구항 8에 있어서, 상기 하이드로겔에 그라핀(graphene)이 추가로 포함된 것인 키트. The kit of claim 8, wherein graphene is further included in the hydrogel. 청구항 1에 있어서, 기판 상에 항체가 고정된 경우 상기 표적 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 외부 프라이머 세트; 및 정방향 내부 프라이머 또는 역방향 내부 프라이머가 복합체를 형성하는 것인 키트. The method according to claim 1, When the antibody is immobilized on the substrate, an external primer set capable of specifically binding to the target nucleic acid; And a forward inner primer or a reverse inner primer to form a complex. 청구항 1에 있어서, 등온증폭 반응 동안 정방향 내부 프라이머 및 역방향 내부 프라이머가 변위(displacement)함으로써 형광 신호를 발생하는 것인 키트. The kit according to claim 1, wherein a fluorescent signal is generated by displacement of the forward inner primer and the reverse inner primer during the isothermal amplification reaction. 개체의 생물학적 시료로부터 핵산 시료를 수득하는 단계;
하이드로겔의 표면 또는 내부에 표적 핵산의 등온증폭 산물과 특이적으로 결합할 수 있는 프로브 또는 항체가 고정된 기판에, 상기 시료를 접촉시키는 단계; 및
등온증폭용 조성물을 첨가하여 등온증폭 반응을 수행하는 단계를 포함하는 표적 물질을 다중 검출하는 방법.
Obtaining a nucleic acid sample from the biological sample of the subject;
Contacting the sample with a substrate on which a probe or antibody capable of specifically binding to an isothermal amplification product of a target nucleic acid is immobilized on the surface or inside of the hydrogel; And
A method for multiple detection of a target material comprising the step of performing an isothermal amplification reaction by adding a composition for isothermal amplification.
청구항 12에 있어서, 상기 등온증폭용 조성물은 내부 프라이머 세트 및 외부 프라이머 세트를 포함하는 것인 방법. The method of claim 12, wherein the composition for isothermal amplification comprises an inner primer set and an outer primer set. 청구항 12에 있어서, 등온증폭 반응은 30 내지 75℃에서 20 내지 120분 동안 수행되는 것인 방법. The method of claim 12, wherein the isothermal amplification reaction is carried out at 30 to 75°C for 20 to 120 minutes. 청구항 12에 있어서, 방출된 형광 신호를 측정함으로써 표적 물질을 검출하는 것인 방법.The method of claim 12, wherein the target substance is detected by measuring the emitted fluorescence signal.
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