KR20220104057A - 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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위안디안 바이오랩스 컴퍼니 리미티드
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Abstract

효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 반응기, 다수의 뉴클레오티드 재료 병, 탈보호 재료 병 및 액체 수송 장치를 포함한다. 반응기는 전처리 표면이 구비된 반응 기판을 포함한다. 각 뉴클레오티드 재료 병은 제1 반응액을 수용하고, 제1 반응액은 반응 효소, 및 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 포함한다. 탈보호 재료 병은 탈보호 용액을 수용한다. 액체 수송 장치는 반응기, 다수의 뉴클레오티드 재료 병 및 탈보호 재료 병에 연결되고, 제1 반응액 및 탈보호 용액을 전처리 표면으로 수송한다. 반응 효소는 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 전처리 표면에 배치하고, 탈보호 용액은 뉴클레오티드의 말단 보호기를 제거한다. 반응기의 작동 온도는 45 ℃ ~ 105 ℃이다. 본 발명은 또한 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법을 제공한다.

Description

효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치 및 방법
본 발명은 생체분자 구조 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
20세기 중반에 유전 및 생화학 연구의 몇 가지 획기적인 발전으로 오늘날의 의료 분야가 발전하였다. 이러한 일련의 사건의 기원은 1941년 X선으로 유도된 유전자 녹아웃 연구로, 연구 결과 유전자가 효소(enzyme) 기능에 직접적으로 관여하는 것으로 밝혀졌다. 뒤이어 유전자가 핵산(DNA)으로 구성되어 있으며 이중 나선은 유전 정보를 지닌 핵산의 구조로 DNA 중합효소에 의해 정확하게 복제될 수 있음을 발견하였다.
핵산 합성은 현대 생명 공학에 매우 중요하다. DNA, RNA 및 단백질을 인공적으로 합성하는 과학계의 능력은 생명 공학 분야에서 급속한 발전을 가져왔다. 상업적으로 기회가 무한하고 지속적으로 성장하는 시장인 인공 DNA 합성은 생명 공학 및 제약 회사로 하여금 당뇨병 치료를 위한 인슐린과 같은 일련의 펩티드 요법을 개발할 수 있도록 하였다. 이를 통해 연구자들은 세포 단백질을 특성화하여 오늘날의 노령 인구가 직면한 심장 질환 및 암 등과 같은 질환을 치료하기 위한 새로운 소분자 요법을 개발할 수 있다.
그러나, 현재 DNA 합성 기술은 생명 공학 산업의 요구를 충족시킬 수 없다. DNA 합성의 많은 장점에도 불구하고 인공 DNA 합성 산업의 발전에는 여전히 병목 현상이 있어 생명 공학 분야의 발전을 저해하고 있다. DNA 합성은 성숙한 기술이지만 실제로 길이가 200개의 뉴클레오티드보다 긴 DNA 가닥을 합성하는 것은 매우 어렵고 대부분의 DNA 합성 회사는 최대 120개의 뉴클레오티드만 제공할 수 있다. 이에 비해 평균 단백질 코딩 유전자는 2000 ~ 3000개의 뉴클레오티드 정도인 반면, 진핵생물 게놈의 평균 수는 수십억 개의 뉴클레오티드이다. 따라서, 현재 모든 주요 유전자 합성 회사는 "합성 및 접착" 기술 방식을 사용하며, 약 40 ~ 60개의 겹치는 서열 단편은 PCR에 의해 합성되고 함께 접착된다(Young, L. et al. (2004) Nucleic Acid Res. 32, e59). 유전자 합성 회사에서 제공하는 기존 방법은 통상적인 생산을 위해 일반적으로 최대 3000개의 염기쌍 길이를 허용한다.
현재 핵산 합성 방법에는 화학 합성과 효소 합성의 두 가지 주요 유형이 있다. 가장 일반적인 핵산 화학 합성 방법은 Adams 등(1983, J. Amer, Chem Soc., 105: 661) 및 Froehler 등(1983, Tetrahedron Lett 24: 3171)에 기술된 포스포아미다이트 방법(phosphoramidite method)이다. 이 방법에서, 추가할 각 뉴클레오티드는 동일한 유형의 뉴클레오티드의 제어되지 않는 중합 반응을 피하기 위해 5'-OH 기에 보호기가 구성되어 있는데, 일반적으로 5'-OH 기의 보호기는 트리페닐메틸기를 사용할 수 있다. 강한 반응제의 사용으로 인한 발생할 수 있는 분해 작용을 피하기 위해 뉴클레오티드가 갖고 있는 질소 함유 염기도 추가로 보호할 수 있으며 일반적으로 사용되는 보호기는 이소부티릴기를 포함한다(Reddy et al. 1997, Nucleosides & Nucleotides 16: 1589). 새로운 뉴클레오티드가 추가될 때마다, 사슬의 마지막 뉴클레오티드의 5'-OH기는 다음 중합 단계에 사용될 수 있도록 탈보호 반응을 진행한다. 뉴클레오티드가 갖고 있는 질소 함유 염기는 모든 중합 반응이 완료된 후에만 탈보호된다.
상술한 화학 합성 방법은 환경과 건강에 영향을 줄 수 있는 불안정하고 위험하며 값비싼 반응제를 대량으로 필요로 한다. 이 밖에, 이러한 화학 합성 방법에 사용되는 장비는 매우 복잡하고 많은 투자가 필요하며 전문 기술자가 운영해야 한다. 이러한 화학 합성 방법의 주요 단점 중 하나는 낮은 수율이다. 각 주기에서 커플링 반응의 성공률은 98 % ~ 99.5 %에 불과하여 제조 중인 핵산 서열이 정확한 서열을 가지지 않을 수 있다. 합성 과정이 진행됨에 따라 반응 매질은 잘못된 서열 단편으로 채워질 수 있다. 따라서 이러한 결실 유형의 오류는 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 핵산 단편의 리딩 프레임(reading frame)의 변경을 초래할 수 있다.
예를 들면, 커플링 반응의 정확률이 99 %이도록, 70개의 뉴클레오티드를 포함하는 하나의 핵산의 합성 수율은 50 % 미만이어야 한다. 이는 뉴클레오티드 추가 단계의 70 주기 후에 반응 매질에는 정확한 서열 단편보다 잘못된 서열 단편이 더 많이 포함되어 합성 반응이 계속 진행하기에 적합하지 않게 됨을 의미한다.
따라서, 핵산을 화학적으로 합성하는 방법은 잘못된 서열을 갖는 대량의 단편을 생성하기 때문에 더 긴 단편의 합성에 효율적이지 않다. 실제로, 화학 합성 방법은 약 50 ~ 100개의 뉴클레오티드 길이의 단편을 효율적으로 생성할 수 있다.
한편, 효소 합성과 화학 합성 방법의 차이점은 효소 합성은 효소를 사용하여 뉴클레오티드의 커플링 단계를 수행하는 것이다.
미국 특허 US 7060440B1은 주형-의존성 중합효소를 사용하여 DNA를 합성하는 방법을 공개하였다. 그러나. 기존의 핵산 가닥을 주형으로 사용해야 하므로, 이러한 기술은 핵산의 데노보 합성에 적합하지 않다.
따라서, 주형 가닥 없이 뉴클레오티드 간의 커플링 반응을 수행할 수 있는 효소가 필요하다. DNA 중합효소는 조건에 부합되는 효소 중 하나이다. DNA 중합효소는 아미노산 서열에 따라 A, B, C, D, X, Y 및 RT의 7가지 진화 패밀리로 나뉜다. DNA 중합효소의 패밀리 사이는 관련이 없는데, 즉, 한 패밀리의 구성원은 다른 패밀리의 구성원과 상동성이 아니다. DNA 중합효소와 패밀리의 원형 구성원의 상동성을 통해 패밀리의 구성원으로 결정할 수 있다. 예를 들면, A 패밀리의 구성원은 대장균 DNA 중합효소 I와 상동이고; B 패밀리의 구성원은 대장균 DNA 중합효소 II와 상동이며; C 패밀리의 구성원은 대장균 DNA 중합효소III와 상동이고; D 패밀리의 구성원은 피로코쿠스 퓨리오수스(Pyrococcus furiosus) DNA 중합효소와 상동이며; X 패밀리의 구성원은 진핵생물 DNA 중합효소 β와 상동이고; Y 패밀리의 구성원은 진핵생물 RAD30과 상동이며; RT 패밀리의 구성원은 역전사 효소와 상동하다.
많은 문헌(Ud-Dean et al. (2009) Syst. Synth. Boil. 2, 67-73, US 5763594 및 US 8808989)에서 말단 데옥시뉴클레오티딜 전이효소(terminal deoxynucleotidyl transferase, TdT)를 이용한 제어된 외가닥 DNA의 데노보 합성을 공개하였다. 또한, 제어되지 않는 외가닥 DNA의 데노보 합성은, 외가닥 DNA에서 말단 데옥시뉴클레오티딜 전이효소의 데옥시리보뉴클레오사이드 삼인산(dNTP) 3' 테일링 특성을 이용하여 예컨대 차세대 시퀀싱 라이브러리 제조를 위한 호모폴리머 어댑터 서열을 생성한다(Roychoudhur R. et al. (1976) Nucleic Acids Res. 3, 10-116 및 WO 2003/050242).
그러나, 말단 데옥시뉴클레오티딜 전이효소의 원래 주요 목적은 항원 수용체의 다양성을 증가시키는 것이기 때문에 다른 중합효소처럼 정상적이고 예측 가능한 거동을 나타내는 것이 더 어려울 수 있다. 이는 말단 데옥시뉴클레오티딜 전이효소가 뉴클레오티드 합성 주기에서 고수율 자동화를 달성하기 위해 여전히 많은 도전에 직면해 있음을 의미한다. 많은 문헌(WO 2016128731A1, WO 2018217689A1, WO 2019135007A1)에서 변형된 말단 데옥시뉴클레오티딜 전이효소를 이용한 효소 합성을 공개하였지만, 말단 데옥시뉴클레오티딜 전이효소 자체에 대해서는 여전히 반응 속도 제한이 있고, 핵산 서열을 대량으로 합성할 때 여전히 오류가 발생할 확률이 높을 수 있다.
상술한 바를 종합하면, 핵산의 화학 합성 방법은 핵산을 대량으로 합성할 수 있지만, 이에 사용되는 반응제가 비싸고 환경을 오염시키며, 합성 과정에서 오류가 발생할 확률이 높다. 핵산의 효소 합성 방법은 저렴하고 핵산 서열의 정확성이 높으나 효소의 반응 속도 때문에 대량으로 합성할 수 없다. 따라서 핵산을 정확하고 대량으로 합성하는 문제를 해결할 수 있는 더 나은 핵산 합성 방법은 아직 없다.
본 발명은 핵산 서열의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치를 제공한다.
본 발명은 핵산 서열의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 반응기, 다수의 뉴클레오티드 재료 병, 탈보호 재료 병 및 액체 수송 장치를 포함한다. 반응기는 전처리 표면이 구비된 반응 기판을 포함한다. 각 뉴클레오티드 재료 병은 제1 반응액을 수용하고, 제1 반응액은 반응 효소, 및 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 포함한다. 탈보호 재료 병은 탈보호 용액을 수용한다. 액체 수송 장치는 반응기, 다수의 뉴클레오티드 재료 병 및 탈보호 재료 병에 연결되고, 제1 반응액 및 탈보호 용액을 전처리 표면으로 수송한다. 반응 효소는 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 전처리 표면에 배치하고, 탈보호 용액은 뉴클레오티드의 말단 보호기를 제거한다. 반응기의 작동 온도는 45 ℃ ~ 105 ℃이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응기의 작동 온도는 50 ℃ ~ 85 ℃이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응기의 작동 온도는 55 ℃ ~ 75 ℃이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응 효소는 DNA 중합효소이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응 효소는 A 패밀리 DNA 중합효소이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응 효소는 B 패밀리 DNA 중합효소이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응 효소는 X 패밀리 DNA 중합효소이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 액체 수송 장치는 제1 반응액 및 탈보호 용액을 전처리 표면으로 펌핑하기 위한 펌핑 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 펌핑 장치는 인젝션 펌프 또는 공기압 밸브이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전처리 표면에는 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 연결하기 위한 다수의 프라이머가 구비된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탈보호 용액은 환원제 또는 탈보호 효소를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 제2 반응액을 수용하기 위한 제한효소 재료 병을 더 포함하고, 제2 반응액은 제한효소를 포함하며, 액체 수송 장치는 또한 제한효소 재료 병에 연결되어 제2 반응액을 전처리 표면으로 수송한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 반응기에 연결되어 반응기를 가열하기 위한 가열기를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 액체 수송 장치는 제1 전환 밸브 및 다수의 제1 수송관을 포함하고, 다수의 제1 수송관은 다수의 뉴클레오티드 재료 병과 제1 전환 밸브 사이 및 탈보호 재료 병과 제1 전환 밸브 사이에 연결되며, 제1 전환 밸브는 반응기에 연결되고 다수의 제1 수송관 사이에서 전환된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 폐액 병 및 제품 병을 더 포함하고, 액체 수송 장치는 제2 전환 밸브 및 다수의 제2 수송관을 포함하며, 다수의 제2 수송관은 폐액 병과 제2 전환 밸브 사이 및 제품 병과 제2 전환 밸브 사이에 연결되고, 제2 전환 밸브는 반응기에 연결되고 다수의 제2 수송관 사이에서 전환된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 액체 수송 장치에 전력을 제공하기 위한 전원 공급 소자를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법은, 전처리 표면이 구비된 반응 기판을 제공하는 단계 (1); 반응 효소에 의해 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 전처리 표면에 배치하되, 작동 온도는 45 ℃ ~ 105 ℃인 단계 (2); 탈보호 용액에 의해 뉴클레오티드의 말단 보호기를 제거하는 단계 (3); 반응 효소에 의해 말단 보호기를 갖는 다른 뉴클레오티드를 뉴클레오티드에 연결하되, 작동 온도는 45 ℃ ~ 105 ℃인 단계 (4); 및 핵산 서열이 완성되었는지 여부를 판단하되, 완성되었으면 핵산 서열을 획득하고, 완성되지 않았으면 단계 (3) 및 단계 (4)를 반복하는 단계 (5)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 전처리 표면에 배치하는 상기 방법은, 제1 반응액을 전처리 표면에 배치하는 단계를 포함하되, 제1 반응액은 반응 효소, 및 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 반응액을 전처리 표면에 배치하는 상기 방법은, 액체 수송 장치에 의해 제1 반응액을 전처리 표면으로 수송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 작동 온도를 45 ℃ ~ 105 ℃로 조정하는 상기 방법은, 가열기에 의해 반응 기판을 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전처리 표면에는 다수의 프라이머가 구비되고, 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 전처리 표면에 배치하는 방법은, 반응 효소를 통해 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 프라이머에 커플링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법은, 제한효소에 의해 핵산 서열을 전처리 표면으로부터 절단하는 단계 (6)를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치 및 방법에서, 효소를 이용하여 핵산 서열을 합성하므로, 화학 합성 방법에 비해 환경 오염이 쉽게 발생하지 않고 비용을 절감할 수 있으며, 반응기의 작동 온도를 45 ℃ ~ 105 ℃로 설정함으로써, 기존의 37 ℃에서 효소를 사용하는 방법에 비해, 본 발명의 실시예는 45 ℃ 이상에서 효소를 사용하여 보다 우수한 활성을 나타낼 수 있고, 본 발명의 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치와 함께 다수의 핵산 서열을 동시에 합성할 수 있으므로, 핵산 서열의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
당업자는 아래의 상세한 설명 및 도면을 통해 본 발명을 보다 용이하게 이해할 수 있으며, 여기서,
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기와 가열기의 결합 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응기와 가열기의 결합 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법의 흐름 모식도이다.
도 7A 내지 도 7E는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 서열을 합성하기 위한 반응의 모식도이다.
아래의 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하되, 본 발명의 바람직한 실시예의 하기 설명은 기술 및 설명의 목적을 위한 것일 뿐, 공개된 정확한 형태를 철저하게 설명하거나 이에 한정되는 것으로 의도하지 않음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(100)는 반응기(110), 다수의 뉴클레오티드 재료 병(120), 탈보호 재료 병(130) 및 액체 수송 장치(140)를 포함한다. 반응기(110)는 반응 기판(111)을 포함하고, 반응 기판(111)에는 전처리 표면(1111)이 구비된다. 각 뉴클레오티드 재료 병(120)은 제1 반응액(121)을 수용하고, 제1 반응액(121)은 예를 들어 반응 효소, 및 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 포함한다. 탈보호 재료 병(130)은 탈보호 용액(131)을 수용한다. 액체 수송 장치(140)는 반응기(110), 다수의 뉴클레오티드 재료 병(120) 및 탈보호 재료 병(130)에 연결되고, 제1 반응액(121) 및 탈보호 용액(131)을 전처리 표면(1111)으로 수송한다.
반응 기판(111)의 재료는 예를 들어 실리콘, 유리(이산화규소), 금속, 또는 폴리카보네이트 또는 폴리메틸메타크릴레이트 등과 같은 중합체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 반응 기판(111)이 예를 들어 판상 구조 또는 입체 구조이면, 전처리 표면(1111)은 판상 구조의 평면 또는 입체 구조의 전체 표면이다. 예를 들면, 입체 구조의 전처리 표면(1111)은 초상자성 입자(Superparamagnetic beads, SPMB)의 구형 표면, 또는 제어 가능한 구경을 갖는 유리구(Controlled Pore Glass, CPG)의 다공성 표면일 수 있다.
도 1에서 4개의 뉴클레오티드 재료 병(120)을 예로 들지만 그 개수는 이에 한정되지 않는다. 외가닥 데옥시리보핵산(ssDNA) 서열의 합성을 예로 들면, 합성에 필요한 뉴클레오티드의 질소 함유 염기는 아데닌(A), 타이민(T), 사이토신(C), 구아닌(G)인 4가지로만 나뉠 수 있으므로, 4개의 뉴클레오티드 재료 병(120) 중의 제1 반응액(121)은 각각 이 4가지 상이한 유형의 뉴클레오티드(dAMP, dTMP, dCMP, dGMP)에 각각 대응되는데, 즉 제1 반응액(121a, 121b, 121c, 121d)으로 나뉜다. 리보핵산(RNA) 서열을 합성할 경우, 질소 함유 염기가 우라실(U)인 뉴클레오티드(UMP) 재료를 더 사용해야 한다. 상이한 설계 요구에 따라, 각 유형의 뉴클레오티드는 각각 하나 이상의 뉴클레오티드 재료 병(120)을 사용할 수 있거나, 또는 4가지 상이한 유형의 뉴클레오티드 중 하나, 둘 또는 셋만 사용할 수 있으므로, 본 발명은 뉴클레오티드 재료 병(120)의 개수를 한정하지 않는다.
본 발명의 전체에 기재된 "반응 효소", "말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드", "뉴클레오티드", "제한효소" 등은 이들 물질에 대한 총칭으로 간주되어야 하며, 이들의 실제량을 나타내지 않는데, 예를 들어 제1 반응액 중의 반응 효소와 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드는 모두 다수이다.
효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(100)는 예를 들어 반응기(110)에 연결되어 반응기(110)를 가열하기 위한 가열기(150)를 더 포함하고, 반응기(110)의 작동 온도는 예를 들어 45 ℃ ~ 105 ℃이며, 바람직하게는 50 ℃ ~ 85 ℃이고, 더 바람직하게는 55 ℃ ~ 75 ℃이다. 가열기(150)는 예를 들어 가열 소자(151) 및 가열 제어 소자(152)를 포함한다. 가열 소자(151)는 예를 들어 반응기(110) 내에 배치되어 반응기(110)를 가열하고, 가열 제어 소자(152)는 가열 소자(151)에 연결되지만, 이에 한정되지 않는다.
효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(100)는 예를 들어 전원 공급 소자(160) 및 제어 모듈(170)을 더 포함한다. 전원 공급 소자(160)는 액체 수송 장치(140) 및 가열기(150)에 전력을 제공한다. 제어 모듈(170)은 액체 수송 장치(140) 및 가열기(150)에 전기적으로 연결되어 액체 수송 장치(140)가 상이한 뉴클레오티드 재료 병(120) 또는 탈보호 재료 병(130)을 선택하도록 하고 가열기(150)의 가열 온도를 제어한다. 제어 모듈(170)는 예를 들어 태블릿 PC, 데스크톱 컴퓨터 등 제어 기능에 도달할 수 있는 전자 장치이다. 이하에서 도면과 결부하여 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(100)의 구체적인 실시형태를 더 설명하지만, 본 발명에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(100)의 구체적인 구조는 하기 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치의 모식도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(200)는 반응기(210), 다수의 뉴클레오티드 재료 병(220), 탈보호 재료 병(230), 액체 수송 장치(240), 가열기(250), 전원 공급 소자(260) 및 제어 모듈(270)을 포함한다. 반응기(210)는 반응 기판(211)을 포함하고, 반응 기판(211)에는 전처리 표면(2111)이 구비된다. 각 뉴클레오티드 재료 병(220)은 제1 반응액(221)을 수용한다. 탈보호 재료 병(230)은 탈보호 용액(231)을 수용한다. 가열기(250)는 예를 들어 가열 소자(251) 및 가열 제어 소자(252)를 포함한다. 본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(200)는 상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(100)와 유사하므로, 각 구성요소에 대한 설명은 여기서 더 이상 반복하지 않는다. 본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(200)는 예를 들어 우라실을 갖는 뉴클레오티드 재료를 사용한 제1 반응액(221e)이 담긴 뉴클레오티드 재료 병(220), 제한효소 재료 병(280), 세척 병(290), 폐액 병(2000) 및 제품 병(2001)을 더 포함하고, 액체 수송 장치(240)는 예를 들어 펌핑 장치(241), 제1 전환 밸브(242), 다수의 제1 수송관(243), 제2 전환 밸브(244), 다수의 제2 수송관(245) 및 다수의 제3 수송관(246)을 포함한다. 제한효소 재료 병(280)은 제2 반응액(281)을 수용하고, 제2 반응액(281)은 제한효소를 포함한다. 세척 병(290)은 세척 용액(291)을 수용하고, 세척 용액(291)은 다음 반응에 영향을 미치지 않도록 반응 후 전처리 표면(2111)을 세척하는데 사용된다. 폐액 병(2000)은 사용된 제1 반응액(221), 탈보호 용액(231), 제2 반응액(281) 및 세척 용액(291)을 수용한다. 제품 병(2001)은 제조된 핵산 서열을 수용한다.
액체 수송 장치(240)에서, 다수의 제1 수송관(243)은 다수의 뉴클레오티드 재료 병(220)과 제1 전환 밸브(242) 사이, 탈보호 재료 병(230)과 제1 전환 밸브(242) 사이, 제한효소 재료 병(280)과 제1 전환 밸브(242) 사이, 및 세척 병(290)과 제1 전환 밸브(242) 사이에 연결되고, 제1 전환 밸브(242)는 제3 수송관(246)을 통해 전처리 표면(2111)에 연결되며 다수의 제1 수송관(243) 사이에서 전환된다. 다수의 제2 수송관(245)은 폐액 병(2000)과 제2 전환 밸브(244) 사이, 및 제품 병(2001)과 제2 전환 밸브(244) 사이에 연결되고, 제2 전환 밸브(244)는 제3 수송관(246)을 통해 전처리 표면(2111)에 연결되며 다수의 제2 수송관(245) 사이에서 전환된다. 펌핑 장치(241)는 예를 들어 인젝션 펌프 또는 공기압 밸브이지만, 이에 한정되지 않으며, 도 2에서 인젝션 펌프를 예로 들었고, 펌핑 장치(241)는 제2 전환 밸브(244)에 연결된다.
구체적으로, 제1 반응액(221)의 수송을 예로 들면, 펌핑 장치(241)가 펌핑을 수행할 경우, 먼저 다수의 뉴클레오티드 재료 병(220) 중 하나의 병의 제1 반응액(221)(즉 제1 반응액(221a, 221b, 221c, 221d, 221e) 중 하나)을 제1 수송관(243), 제1 전환 밸브(242), 제3 수송관(246)을 순차적으로 통과시켜 전처리 표면(2111)으로 수송하여 반응시킨다. 반응이 완료된 후, 펌핑 장치(241)는 계속하여 펌핑을 수행하여 전처리 표면(2111)의 제1 반응액(221)이 제3 수송관(246), 제2 전환 밸브(244)를 순차적으로 통과하여 펌핑 장치(241)로 수송되도록 한다. 다음, 제2 전환 밸브(244)가 밸브 채널을 폐액 병(2000)으로 전환하면, 펌핑 장치(241)는 푸싱을 수행하여 제2 수송관(245)을 통해 제1 반응액(221)을 폐액 병(2000)으로 수송한다. 이어서 탈보호 용액(231)을 반응시켜야 하는 경우, 제1 전환 밸브(242)가 밸브 채널을 탈보호 재료 병(230)으로 전환하고, 제2 전환 밸브(244)가 밸브 채널을 전처리 표면(2111)으로 다시 전환하면, 펌핑 장치(241)는 펌핑을 수행하기 시작하고, 전처리 표면(2111)에서 탈보호 용액(231)의 반응이 완료된 후 탈보호 용액(231)을 폐액 병(2000)으로 수송한다. 핵산 서열이 제조된 후, 제2 전환 밸브(244)가 밸브 채널을 전처리 표면(2111)으로 전환하면, 펌핑 장치(241)는 펌핑을 수행하여 전처리 표면(2111)의 핵산 서열을 제3 수송관(246), 제2 전환 밸브(244)를 순차적으로 통과시켜 펌핑 장치(241)로 수송하고, 그 다음, 제2 전환 밸브(244)가 밸브 채널을 제품 병(2001)으로 전환하면, 펌핑 장치(241)는 푸싱을 수행하여 핵산 서열을 제2 수송관(245)을 통과시켜 제품 병(2001)으로 수송한다. 이상의 액체 수송 장치(240)의 사용 방식은 다수의 뉴클레오티드 재료 병(220), 탈보호 재료 병(230), 제한효소 재료 병(280) 및 세척 병(290)에 적용된다. 상술한 바는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(200)의 구체적인 일 실시형태일 뿐, 상이한 설계 구조에 따라, 액체 수송 장치(240)는 상이한 구성요소 및 수송 방식을 포함할 수 있음에 유의해야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기와 가열 소자의 결합 모식도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2에서 가열기(250)의 가열 소자(251)가 반응기(210) 내에 배치되는 것으로 예시하였다. 구체적으로, 반응기(210)는 예를 들어 반응 기판(211) 및 커버(212)를 포함하고, 반응 기판(211) 및 커버(212)에 가열 소자(251)에 배치된다. 반응 기판(211)과 커버(212)는 결합되어 캐비티(213)를 형성하고, 캐비티(213)와 마주하는 반응 기판(211)의 표면이 전처리 표면(2111)이다. 커버(212)에는 다수의 관통 홀(212a)이 구비되고, 이들 관통 홀(212a)은 제3 수송관(246)을 관통시켜, 제1 반응액(221), 탈보호 용액(231), 제2 반응액(281) 및 세척 용액(291)을 전처리 표면(2111)으로 수송하고, 반응이 완료된 후 제1 반응액(221), 탈보호 용액(231), 제2 반응액(281) 및 세척 용액(291)을 폐액 병(2000)으로 수송하는데, 다시 말하면, 캐비티(213)는 유로로 사용된다. 가열기(250)의 가열 소자(251)는 반응 과정에서 반응 기판(211)을 직접 가열한다. 본 실시예는 가열의 일 실시형태일 뿐이며, 본 발명은 가열 소자(251)의 배치 방식을 특별히 한정하지 않는다.
본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(200)는 반응 기판(211)의 전처리 표면(2111)을 이용하여 핵산 서열을 제조하므로, 다수의 핵산 서열을 동시에 합성할 수 있어, 핵산 서열의 제조 효율을 향상시킨다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응기와 가열 소자의 결합 모식도이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 실시예는 반응기(310)와 가열기(350)의 가열 소자(351)의 다른 결합 방식이다. 반응기(310)는 예를 들어 반응 기판(311) 및 하우징(314)을 포함한다. 하우징(314) 내부에는 캐비티(313)가 구비되고, 반응 기판(311)은 캐비티(313)에 배치된다. 하우징(314) 표면에는 다수의 관통 홀(314a)이 구비되고, 이들 관통 홀(314a)은 제3 수송관(246)을 관통시키는 것으로, 그 작용은 상술한 바와 동일하므로, 여기서 더 이상 반복하지 않는다. 하우징(314)의 재료는 예를 들어 유리이지만, 이에 한정되지 않는다. 본 실시예의 반응 기판(311)은 구형과 같은 입체 구조이고, 복수 개일 수 있으며, 전처리 표면(3111)은 반응 기판(311)의 구형 표면이다. 반응 기판(311)의 재료는 예를 들어 초상자성 입자이지만, 이에 한정되지 않는다. 가열기(350)의 가열 소자(351)는 반응기(310)를 가열하기 위해 반응기(310)에 피복된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치의 모식도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(400)는 반응기(410), 다수의 뉴클레오티드 재료 병(420), 탈보호 재료 병(430), 액체 수송 장치(440), 가열기(450), 전원 공급 소자(460), 제어 모듈(470), 제한효소 재료 병(480), 세척 병(490), 폐액 병(4000) 및 제품 병(4001)을 포함한다. 반응기(410)는 반응 기판(411)을 포함하고, 반응 기판(411)에는 전처리 표면(4111)이 구비된다. 각 뉴클레오티드 재료 병(420)은 제1 반응액(421)을 수용한다. 탈보호 재료 병(430)은 탈보호 용액(431)을 수용한다. 가열기(450)는 예를 들어 가열 소자(451) 및 가열 제어 소자(452)를 포함한다. 액체 수송 장치(440)는 예를 들어 펌핑 장치(441), 제1 전환 밸브(442), 다수의 제1 수송관(443), 제2 전환 밸브(444), 다수의 제2 수송관(445) 및 다수의 제3 수송관(446)을 포함한다. 제한효소 재료 병(480)은 제2 반응액(481)을 수용하고, 제2 반응액(481)은 제한효소를 포함한다. 세척 병(490)은 세척 용액(491)을 수용한다. 본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(400)는 상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(200)의 구조 및 장점과 유사하므로, 각 구성요소의 기능에 대한 설명은 여기서 더 이상 반복하지 않으며, 구별점은 단지 본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(400)에서 액체 수송 장치(440)가 예를 들어 다수의 제4 수송관(447)을 더 포함하는 것이다. 이들 제4 수송관(447)은 각각 제1 반응액(421a, 421b, 421c, 421d)이 수용된 다수의 뉴클레오티드 재료 병(420)과 제2 전환 밸브(444) 사이에 연결된다. 이들 제4 수송관(447)을 통해, 반응된 제1 반응액(421a, 421b, 421c, 421d)을 다수의 뉴클레오티드 재료 병(420)으로 다시 회수시킬 수 있음으로써, 비용 절감 효과에 도달하기 위해 재사용할 수 있다.
이하, 핵산 서열의 제조 방법을 상세하게 설명하되, 실시예에서 외가닥 데옥시리보핵산(ssDNA) 서열의 합성을 예로 들었다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법의 흐름 모식도이다. 도 7A 내지 도 7E는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 서열을 합성하기 위한 반응의 모식도이다. 먼저 도 6 및 도 7A를 참조하면, 본 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 반응 기판(511)을 제공하는 단계 S101을 수행하되, 반응 기판(511)에는 전처리 표면(5111)이 구비된다. 전처리 표면(5111)에는 예를 들어 다수의 프라이머(primer)(5112)가 구비되고, 본 실시예에서, 이들 프라이머(5112)는 예를 들어 외가닥 DNA이지만, 이에 한정되지 않는다. 본 실시예에서 예를 들어 먼저 프라이머(5112)에 하나의 우리딜산(U)을 배치할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 다음, 반응 효소에 의해 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 전처리 표면(5111)에 배치하는 단계 S102를 수행하되, 작동 온도는 45 ℃ ~ 105 ℃이고, 바람직하게는 50 ℃ ~ 85 ℃이며, 더 바람직하게는 55 ℃ ~ 75 ℃이고, 구체적으로, 핵산 서열 제조를 위한 작동 온도는 예를 들어 55 ℃, 56 ℃, 57 ℃, 58 ℃, 59 ℃, 60 ℃, 61 ℃, 62 ℃, 63 ℃, 64 ℃, 65 ℃, 66 ℃, 67 ℃, 68 ℃, 69 ℃, 70 ℃, 71 ℃, 72 ℃, 73 ℃, 74 ℃ 또는 75 ℃이지만, 이에 한정되지 않는다.
말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 전처리 표면에 배치하는 방법은 예를 들어, 제1 반응액을 전처리 표면(5111)에 배치하는 단계를 포함하되, 제1 반응액은 반응 효소, 및 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 포함한다. 전처리 표면(5111)에 배치되는 방법은 예를 들어, 액체 수송 장치에 의해 제1 반응액을 전처리 표면(5111)으로 수송하는 단계를 포함한다. 제1 반응액은 예를 들어 상기 어느 하나의 실시예에 따른 제1 반응액(121, 221, 421)이다. 액체 수송 장치는 예를 들어 상기 어느 하나의 실시예에 따른 액체 수송 장치(140, 240, 440)이다.
도 7B를 참조하면, 말단 보호기(PG)를 갖는 뉴클레오티드(522)를 전처리 표면(5111)에 배치하는 방법은, 반응 효소(523)에 의해 말단 보호기(PG)를 갖는 뉴클레오티드(522)를 이들 프라이머(5112)의 우리딜산(U)에 연결하는 단계를 포함한다. 본 실시예의 반응 효소(523)는 예를 들어 DNA 중합효소이고, 특히 내열성 DNA 중합효소이지만, 이에 한정되지 않는다. DNA 중합효소는 예를 들어 A 패밀리 DNA 중합효소, B 패밀리 DNA 중합효소 및 X 패밀리 DNA 중합효소를 포함하고, 이의 구현예는 Taq 중합효소, 고세균 DNA 중합효소(archaeal DNA polymerase), 내열성 역전사 효소 등을 포함한다. 이들 DNA 중합효소는 온도가 45 ℃ 이상일 경우 기존의 37 ℃에서 사용되는 말단 데옥시뉴클레오티딜 전이효소(terminal deoxynucleotidyl transferase, TdT)에 비해 보다 우수한 활성을 가질 수 있으므로, 핵산 서열의 합성 효율을 향상시킨다. 말단 보호기(PG)의 구현예는 메틸, 2-니트로벤질, 3'-O-(2-시아노에틸), 알릴, 아민, 아지도, tert-부톡시에톡시 등을 포함한다.
단계 S102가 완료된 후 후속 반응에 영향을 미치지 않도록 세척 용액에 의해 반응 효소(523) 및 미반응 말단 보호기(PG)를 갖는 뉴클레오티드(522)를 세척하여 제거할 수 있다. 본 실시예에서 세척 용액은 예를 들어 탈이온수이지만, 이에 한정되지 않으며, 세척 용액은 예를 들어 상기 어느 하나의 실시예에 따른 세척 용액(291, 491)이다. 그 다음, 탈보호 용액(531)에 의해 뉴클레오티드(522)의 말단 보호기(PG)를 제거하는 단계 S103을 수행한다. 도 7C를 참조하면, 탈보호 용액(531)은 예를 들어 액체 수송 장치(140, 240, 440)에 의해 전처리 표면(5111)으로 수송될 수 있다. 탈보호 용액(531)의 기능은 뉴클레오티드(522)가 다른 뉴클레오티드(522)에 연결되어 핵산 서열을 합성할 수 있도록 뉴클레오티드(522)의 말단 보호기(PG)를 제거하는 것이다. 탈보호 용액(531)은 유형의 상이함에 따라 예를 들어 화학적 유형과 효소적 유형으로 분류된다. 화학적 유형의 구현예는 디티오트레이톨(dithiothreitol, DTT) 또는 디티오에리트리톨(dithioerythritol, DTE) 등과 같은 환원제를 포함하고; 효소적 유형의 구현예는 알칼리성 인산 가수분해 효소, 피로인산 가수분해 효소, 소 소장 알칼리성 인산 가수분해 효소 등과 같은 탈보호 효소를 포함한다.
단계 S103이 완료된 후 세척 용액에 의해 탈보호 용액(531) 및 말단 보호기(PG)를 세척하여 제거한다. 그 다음, 반응 효소(523)에 의해 말단 보호기(PG)를 갖는 다른 뉴클레오티드(522)를 전처리 표면(5111)에 배치된 뉴클레오티드(522)에 연결하는 단계 S104를 수행한다. 도 7D를 참조하면, 단계 S104의 반응은 단계 S102와 유사한데, 구별점은 말단 보호기(PG)를 갖는 뉴클레오티드(522)가 이전에 프라이머(5112)에 이미 연결된 뉴클레오티드(522)에 연결되는 것이다. 설계된 핵산 서열의 길이의 상이함에 따라, 설계된 핵산 서열이 완성되었는지 여부를 판단하되, 완성되었으면 핵산 서열을 획득하고, 완성되지 않았으면 단계 S103 및 S104를 반복하는 단계 S105를 수행하여, 설계된 핵산 서열이 완성될 때까지 핵산 서열의 길이를 계속하여 연장시킨다.
핵산 서열의 합성이 종료된 후, 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법은 예를 들어, 제한효소에 의해 핵산 서열을 전처리 표면으로부터 절단하는 단계 S106을 더 포함한다. 도 2 및 도 7E를 참조하면, 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(200)의 제한효소 재료 병(280)은 제2 반응액(281)을 수용하고, 제2 반응액(281)은 제한효소(581a)를 포함한다. 액체 수송 장치(240)가 제2 반응액(281)을 전처리 표면(5111)으로 수송한 후, 제한효소(581a)는 합성된 핵산 서열(S)을 전처리 표면(5111)으로부터 절단한다. 다음, 핵산 서열(S)을 수집하여 제품 병(2001)으로 수송하는데, 즉 핵산 서열(S)의 제조 과정을 완료한다. 제한효소(581a)의 구현예는 우라실-DNA 글리코실라제(uracil DNA glycosylase, UDG), 엔도뉴클레아제 VIII, USER 효소(NEB #M5508) 등 및 이들의 조합을 포함한다. 본 실시예에서, 예를 들어 절단 부위가 우리딜산(U)에 있는 제한효소(581a)를 사용하는데, 핵산 서열이 완성될 경우, 데옥시리보핵산 서열이 합성되므로, 서열에 우리딜산(U)이 포함되지 않으며, 제한효소(581a)는 미리 구성된 단일 우리딜산(U) 절단 부위만 가지기 때문에 핵산 서열(S)을 정확하게 절단할 수 있다. 도 7E는 절단의 간단한 모식도이다. 상이한 제한효소(581a)는 상이한 절단 부위를 가질 수 있지만, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 상기 방법은 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치(400)에도 적용될 수 있다.
상술한 바를 종합하면, 본 발명의 실시예에 따른 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치 및 방법에서, 효소를 이용하여 핵산 서열을 합성하므로, 화학 합성 방법에 비해 환경 오염이 쉽게 발생하지 않고 비용을 절감할 수 있으며, 반응기의 작동 온도를 45 ℃ ~ 105 ℃로 설정함으로써, 기존의 37 ℃에서 효소를 사용하는 방법에 비해, 본 발명의 실시예는 45 ℃ 이상에서 효소를 사용하여 보다 우수한 활성을 나타낼 수 있고, 본 발명의 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치와 함께 다수의 핵산 서열을 동시에 합성할 수 있으므로, 핵산 서열의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 현재 가장 실용적이고 바람직한 것으로 간주되는 실시예에 따라 설명되었지만, 본 발명이 반드시 개시된 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해해야 한다. 반대로, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에 포함된 다양한 수정 및 유사한 구성을 포함하도록 의도되고, 이러한 수정 및 유사한 구성은 가장 광범위한 해석에 부합되어야 함으로써, 이러한 모든 수정 및 유사한 구조를 포함한다.

Claims (27)

  1. 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치로서,
    반응기, 다수의 뉴클레오티드 재료 병, 탈보호 재료 병 및 액체 수송 장치를 포함하되,
    상기 반응기는 전처리 표면이 구비된 반응 기판을 포함하고;
    상기 다수의 뉴클레오티드 재료 병 중 각 상기 뉴클레오티드 재료 병은 제1 반응액을 수용하며, 상기 제1 반응액은 반응 효소, 및 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 포함하고;
    상기 탈보호 재료 병은 탈보호 용액을 수용하며;
    상기 액체 수송 장치는 상기 반응기, 상기 다수의 뉴클레오티드 재료 병 및 상기 탈보호 재료 병에 연결되고, 상기 제1 반응액 및 상기 탈보호 용액을 상기 전처리 표면으로 수송하며, 상기 반응 효소는 상기 말단 보호기를 갖는 상기 뉴클레오티드를 상기 전처리 표면에 배치하고, 상기 탈보호 용액은 상기 뉴클레오티드의 상기 말단 보호기를 제거하며,
    상기 반응기의 작동 온도는 45 ℃ ~ 105 ℃인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응기의 작동 온도는 50 ℃ ~ 85 ℃인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반응기의 작동 온도는 55 ℃ ~ 75 ℃인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응 효소는 DNA 중합효소인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반응 효소는 A 패밀리 DNA 중합효소인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 반응 효소는 B 패밀리 DNA 중합효소인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 반응 효소는 X 패밀리 DNA 중합효소인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액체 수송 장치는 상기 제1 반응액 및 상기 탈보호 용액을 상기 전처리 표면으로 펌핑하기 위한 펌핑 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 펌핑 장치는 인젝션 펌프 또는 공기압 밸브인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 표면에는 상기 말단 보호기를 갖는 상기 뉴클레오티드를 연결하기 위한 다수의 프라이머가 구비되는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 탈보호 용액은 환원제 또는 탈보호 효소를 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 제2 반응액을 수용하기 위한 제한효소 재료 병을 더 포함하고, 상기 제2 반응액은 제한효소를 포함하며, 상기 액체 수송 장치는 또한 상기 제한효소 재료 병에 연결되어 상기 제2 반응액을 상기 전처리 표면으로 수송하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 상기 반응기에 연결되어 상기 반응기를 가열하기 위한 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 액체 수송 장치는 제1 전환 밸브 및 다수의 제1 수송관을 포함하고, 상기 다수의 제1 수송관은 상기 다수의 뉴클레오티드 재료 병과 상기 제1 전환 밸브 사이 및 상기 탈보호 재료 병과 상기 제1 전환 밸브 사이에 연결되며, 상기 제1 전환 밸브는 상기 반응기에 연결되고 상기 다수의 제1 수송관 사이에서 전환되는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 폐액 병 및 제품 병을 더 포함하고, 상기 액체 수송 장치는 제2 전환 밸브 및 다수의 제2 수송관을 포함하며, 상기 다수의 제2 수송관은 상기 폐액 병과 상기 제2 전환 밸브 사이 및 상기 제품 병과 상기 제2 전환 밸브 사이에 연결되고, 상기 제2 전환 밸브는 상기 반응기에 연결되고 상기 다수의 제2 수송관 사이에서 전환되는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치는 상기 액체 수송 장치에 전력을 제공하기 위한 전원 공급 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 장치.
  17. 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법으로서,
    전처리 표면이 구비된 반응 기판을 제공하는 단계 (1);
    반응 효소에 의해 말단 보호기를 갖는 뉴클레오티드를 상기 전처리 표면에 배치하되, 작동 온도는 45 ℃ ~ 105 ℃인 단계 (2);
    탈보호 용액에 의해 상기 뉴클레오티드의 상기 말단 보호기를 제거하는 단계 (3);
    상기 반응 효소에 의해 상기 말단 보호기를 갖는 다른 뉴클레오티드를 상기 뉴클레오티드에 연결하되, 작동 온도는 45 ℃ ~ 105 ℃인 단계 (4); 및
    핵산 서열이 완성되었는지 여부를 판단하되, 완성되었으면 핵산 서열을 획득하고, 완성되지 않았으면 단계 (3) 및 단계 (4)를 반복하는 단계 (5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반응기의 작동 온도는 50 ℃ ~ 85 ℃인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 반응기의 작동 온도는 55 ℃ ~ 75 ℃인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 말단 보호기를 갖는 상기 뉴클레오티드를 상기 전처리 표면에 배치하는 방법은,
    제1 반응액을 상기 전처리 표면에 배치하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 반응액은 상기 반응 효소, 및 상기 말단 보호기를 갖는 상기 뉴클레오티드를 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제1 반응액을 상기 전처리 표면에 배치하는 방법은,
    액체 수송 장치에 의해 상기 제1 반응액을 상기 전처리 표면으로 수송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    작동 온도를 45 ℃ ~ 105 ℃로 조정하는 방법은,
    가열기에 의해 상기 반응 기판을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 전처리 표면에는 다수의 프라이머가 구비되고,
    상기 말단 보호기를 갖는 상기 뉴클레오티드를 상기 전처리 표면에 배치하는 방법은,
    상기 반응 효소에 의해 상기 말단 보호기를 갖는 상기 뉴클레오티드를 상기 다수의 프라이머에 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 반응 효소는 A 패밀리 DNA 중합효소인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 반응 효소는 B 패밀리 DNA 중합효소인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 반응 효소는 X 패밀리 DNA 중합효소인 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
  27. 제17항에 있어서,
    상기 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법은,
    제한효소에 의해 상기 핵산 서열을 상기 전처리 표면으로부터 절단하는 단계 (6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 핵산 서열 제조 방법.
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