KR20220150264A - Composition for detecting pathogen of sepsis and uses thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composition for detecting sepsis causative bacteria including a primer set capable of detecting sepsis causative bacteria, a kit, a detection method, a composition for diagnosis or prognosis of sepsis, a kit or composition for detecting sepsis, and a method for providing information. When the composition for detecting sepsis causative bacteria of the present invention is used, it is possible to detect the main sepsis causative bacteria with rapid and high sensitivity. In particular, when the present invention is used for digital PCR, higher sensitivity and specificity can be provided compared to general TaqMan PCR or blood culture. In addition, the present invention can be used clinically and can be effectively used for sepsis diagnosis or prognosis prediction because it is possible to detect sepsis causative bacteria-related genes directly from the blood of suspected sepsis patients without a culture step.

Description

패혈증 원인균 검출용 조성물 및 이의 용도 {Composition for detecting pathogen of sepsis and uses thereof}Composition for detecting pathogen of sepsis and uses thereof

본 발명은 패혈증 원인균을 검출할 수 있는 프라이머 세트를 포함하는 패혈증 원인균 검출용 조성물, 키트, 검출방법 내지 패혈증 진단 또는 예후 예측용 조성물, 키트 또는 검출용 조성물 내지 정보제공방법에 대한 것이다.The present invention relates to a composition, kit, and detection method for detecting a sepsis causative bacterium comprising a primer set capable of detecting a sepsis causative bacterium;

박테리아 혈류 감염(Bacterial bloodstream infection, BSI)은 생명을 위협하는 상태이며 여전히 전 세계 주요 의료 문제 중 하나이다. 대부분의 BSI를 유발하는 그람 음성균은 높은 이환율과 사망률을 유발하는 가장 흔한 유기체이며, 항균성 내성을 일으킨다. BSI로 인해 발생할 수 있는 패혈증은 BSI에 민감한 기저 질환 또는 증상을 앓는 입원 환자, 또는 화상, 외상 또는 수술 환자들에게서 가장 흔하게 나타난다. 한국에서 패혈증 발병률은 10만명 당 347명으로, 이는 심근경색의 3배, 뇌졸중의 1.5배이며, 사망률은 31%(심근경색 및 뇌졸중 사망률 9%)에 이르는 치명적인 질환이다. 특히 전세계 5세 미만 영유아 사망원인의 60%, 한국내 '집중치료시설(intensive care unit; ICU)' 내 사망원인의 1위이며, 북미, 호주, 유럽 등지에서 패혈증 사망률은 20% 수준인데 비해 한국 내 패혈증 사망률은 31%로 다소 높다.Bacterial bloodstream infection (BSI) is a life-threatening condition and remains one of the leading medical problems worldwide. Gram-negative bacteria that cause most BSI are the most common organisms causing high morbidity and mortality, and develop antimicrobial resistance. Sepsis, which may result from BSI, is most commonly seen in hospitalized patients with underlying conditions or symptoms susceptible to BSI, or in burns, trauma or surgery. In Korea, the incidence of sepsis is 347 per 100,000, which is three times that of myocardial infarction and 1.5 times that of stroke, and the mortality rate is 31% (9% of myocardial infarction and stroke mortality). In particular, it accounts for 60% of deaths in infants under the age of 5 worldwide and is the number one cause of death in intensive care units (ICUs) in Korea. My sepsis mortality rate is rather high at 31%.

패혈증 환자의 임상 결과를 개선하기 위해서는 원인균의 신속하고 정확한 식별이 필수적인데, 현재 혈류 병원균을 식별하기 위한 황금 표준은 혈액 배양(blood culture)이다. 자동화된 혈액 배양 시스템이 도입됨에 따라 더욱 빠르고 효과적으로 원인균을 식별할 수 있게 되었다. 그러나 최근까지도 원인균을 식별하고 최종 감수성 결과를 얻는 데 일반적으로 5일 이상, 최소 24시간 이상이 소요되며, 이로 인해 불필요한 넓은 스펙트럼의 항생제 또는 적절한 항생제 투여 지연이 불가피한 실정이다. In order to improve the clinical outcome of sepsis patients, rapid and accurate identification of the causative agent is essential. Currently, blood culture is the gold standard for identifying blood flow pathogens. With the introduction of an automated blood culture system, it has become possible to identify the causative agent more quickly and effectively. However, until recently, it usually takes more than 5 days and at least 24 hours to identify the causative organism and obtain the final sensitivity result, which inevitably leads to an unnecessary delay in administration of broad-spectrum antibiotics or appropriate antibiotics.

최근 3 세대 PCR 플랫폼이라 불리는 디지털 PCR(digital PCR, dPCR)이 개발되었는데, 이는 기존의 PCR 기반 도구보다 감도가 훨씬 높으며 다양한 원인균 및 항균성 내성 유전자를 검출하는 데 사용되고 있다. 그러나, 항균제 저항성 유전자를 갖는 그람 음성 원인균을 유발하는 주요 패혈증을 커버하거나 이들의 다중 검출을 가능하게 하는 dPCR 시스템은 없었다. 약물 내성 그람 음성균의 유병률이 증가함에 따라, BSI를 성공적으로 관리하기 위해서는 이들을 효율적으로 식별하는 것이 중요하다.Recently, digital PCR (dPCR), called a third-generation PCR platform, has been developed, which has much higher sensitivity than existing PCR-based tools and is used to detect various causative bacteria and antibacterial resistance genes. However, no dPCR system has been found to cover or enable multiplex detection of major sepsis causing gram-negative causative organisms with antimicrobial resistance genes. As the prevalence of drug-resistant Gram-negative bacteria increases, it is important to efficiently identify them for successful management of BSI.

대한민국 공개특허 제10-2017-0003403호는 디지털 PCR을 이용한 식중독균의 검출 방법에 대한 것으로서, 실시간 PCR보다 높은 감수성으로 식중독균을 검출할 수 있도록 디지털 PCR에 사용할 수 있는 프라이머 세트를 제공한다. Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0003403 relates to a method for detecting food poisoning bacteria using digital PCR, and provides a primer set that can be used in digital PCR to detect food poisoning bacteria with higher sensitivity than real-time PCR.

다만, 패혈증을 일으키는 주요 원인균 내지 상기 원인균에 항균제 내성 유전자를 검출, 특히 다중 검출할 수 있는 디지털 PCR에 대한 연구 내지 기재는 개시된 바 없다.However, there is no study or description of a digital PCR capable of detecting, in particular, multiple detection of a major causative organism causing sepsis or an antibacterial agent resistance gene in the causative organism.

이에, 본 발명자들은 패혈증을 일으키는 주요 원인균을 빠르고 민감하게 검출할 수 있는 PCR 시스템을 제공하고자 예의 노력한 결과, 본 발명의 프라이머 세트, 개체의 무세포 DNA를 사용하는 다중 디지털 PCR 시스템의 경우 약 3시간 만에 배양단계 없이 환자의 혈액에서 직접 주요 패혈증 원인균을 검출할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors made diligent efforts to provide a PCR system that can quickly and sensitively detect the major causative bacteria causing sepsis. As a result, in the case of a multiplex digital PCR system using the primer set of the present invention and cell-free DNA of an individual, about 3 hours After confirming that the major sepsis causative bacteria can be directly detected in the blood of a patient without a culture step, the present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 패혈증 원인균 검출용 조성물 및 이의 다양한 용도를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a composition for detecting sepsis causative bacteria and various uses thereof.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서열번호 1 의 염기서열 및 서열번호 2 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제1프라이머 세트; In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides a first primer set comprising a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2;

서열번호 4 의 염기서열 및 서열번호 5 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제2프라이머 세트; a second primer set comprising a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5;

서열번호 7 의 염기서열 및 서열번호 8 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제3프라이머 세트; a third primer set consisting of a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8;

서열번호 10 의 염기서열 및 서열번호 11 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제4프라이머 세트; 및a fourth primer set consisting of a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 10 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 11; and

서열번호 13 의 염기서열 및 서열번호 14 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제5프라이머 세트; a fifth primer set consisting of a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 13 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14;

로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 프라이머 세트를 포함하는 패혈증 원인균 검출용 조성물 내지 이를 포함하는 패혈증 진단 또는 예후 예측용 조성물을 제공한다. It provides a composition for detecting sepsis causative bacteria comprising any one or more primer sets selected from the group consisting of, or a composition for diagnosing sepsis or predicting prognosis comprising the same.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 프라이머 세트는 PCR(polymerase chain reaction)에 사용되는 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the primer set is used for PCR (polymerase chain reaction).

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 PCR은 정량적 PCR(quantitative PCR, qPCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(Reverse Transcription PCR, RT-PCR), 고체상 PCR(Solid Phase PCR), 경쟁적 PCR(Competitive PCR), 오버랩 PCR(Overlap-extension PCR), 멀티플렉스 PCR(Multiplex PCR), 네스티드 PCR(Nested PCR), 역 PCR(Inverse PCR), 라이게이션-연관 PCR(Ligation-mediated PCR), ISSR(Intersequence-specific PCR), 메틸화-특이 PCR(Methylation-specific PCR, MSP), 콜로니 PCR(colony PCR), 미니프라이머 PCR(Miniprimer PCR), 나노 PCR(Nanoparticle-Assisted PCR, nanoPCR), TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR), 터치다운 PCR(Touchdown(Step-down) PCR), 핫 스타트 PCR(Hot start PCR), 인-실리코 PCR(In silico PCR), 대립유전자 특이 PCR(allele-specific PCR), 어셈블리 PCR(Assembly PCR), 비대칭 PCR(asymmetric PCR), 다이알-아웃 PCR(Dial-out PCR), 디지털 PCR(Digital PCR, dPCR) 및 헬리카제-의존형 증폭 기술(helicasedependent amplification)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the PCR is quantitative PCR (qPCR), real-time PCR (real-time PCR), reverse transcription PCR (Reverse Transcription PCR, RT-PCR), solid phase PCR (Solid Phase PCR) , Competitive PCR, Overlap-extension PCR, Multiplex PCR, Nested PCR, Inverse PCR, Ligation-mediated PCR ), ISSR (Intersequence-specific PCR), Methylation-specific PCR (MSP), Colony PCR (colony PCR), Miniprimer PCR (Miniprimer PCR), Nanoparticle-Assisted PCR (nanoPCR), TAIL -PCR (Thermal asymmetric interlaced PCR), Touchdown (Step-down) PCR, Hot start PCR (Hot start PCR), In silico PCR (In silico PCR), Allele-specific PCR (allele-specific PCR) ), assembly PCR (Assembly PCR), asymmetric PCR (asymmetric PCR), dial-out PCR (Dial-out PCR), digital PCR (Digital PCR, dPCR) and from the group consisting of helicase-dependent amplification technology (helicasedependent amplification) It is more than any one selected.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 패혈증 원인균은 아시네토박터 바우마니균(Acinetobacter baumannii), 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli), 크렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 시겔라 소이네(Shigella sonnei), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus), 클로스트리디움 퍼프린젠스(Clostridium perfringens), 엔테로코커스 페칼리스(Enterococcus faecalis), 살모넬라 엔테라이티디스(Salmonella enteritidis) 및 캄필로박터 제주니(Campylobacter jejuni) 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the sepsis causative agent is Acinetobacter baumannii , Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae , Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa ), Shigella sonnei ), Staphylococcus aureus ), Streptococcus pyogenes ), Bacillus cereus ), Clostridium perfringens perfringens ), Enterococcus faecalis ), Salmonella enteritidis ( Salmonella enteritidis ) and Campylobacter jejuni ( Campylobacter jejuni ) It is any one or more selected from the group consisting of.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 조성물의 검출한계는 1 ag/㎕ 내지 500 fg/㎕ 인 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the detection limit of the composition is 1 ag/μl to 500 fg/μl.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 3 의 염기서열을 포함하는 프로브; According to a preferred embodiment of the present invention, the first primer set further comprises a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3;

제2프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 6 의 염기서열을 포함하는 프로브; The second primer set may additionally include a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6;

제3프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 9 의 염기서열을 포함하는 프로브; The third primer set additionally includes a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9;

제4프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 12 의 염기서열을 포함하는 프로브; 및 The fourth primer set additionally includes a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 12; and

제5프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 15 의 염기서열을 포함하는 프로브; 를 포함하는 것이다. The fifth primer set additionally includes a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15; will include

본 발명은 또한, 상기 패혈증 원인균 검출용 조성물 내지 패혈증 진단 또는 예후 예측용 조성물과, PCR 증폭 반응을 위한 시약을 포함하는 패혈증 원인균 검출용 키트 내지 패혈증 진단 또는 예후 예측용 조성물을 제공한다. The present invention also provides a kit for detecting the causative bacteria of sepsis or a composition for diagnosing or predicting sepsis, comprising the composition for detecting the sepsis causative organism or the composition for diagnosing or predicting sepsis, and a reagent for PCR amplification reaction.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 PCR은 정량적 PCR(quantitative PCR, qPCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(Reverse Transcription PCR, RT-PCR), 고체상 PCR(Solid Phase PCR), 경쟁적 PCR(Competitive PCR), 오버랩 PCR(Overlap-extension PCR), 멀티플렉스 PCR(Multiplex PCR), 네스티드 PCR(Nested PCR), 역 PCR(Inverse PCR), 라이게이션-연관 PCR(Ligation-mediated PCR), ISSR(Intersequence-specific PCR), 메틸화-특이 PCR(Methylation-specific PCR, MSP), 콜로니 PCR(colony PCR), 미니프라이머 PCR(Miniprimer PCR), 나노 PCR(Nanoparticle-Assisted PCR, nanoPCR), TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR), 터치다운 PCR(Touchdown(Step-down) PCR), 핫 스타트 PCR(Hot start PCR), 인-실리코 PCR(In silico PCR), 대립유전자 특이 PCR(allele-specific PCR), 어셈블리 PCR(Assembly PCR), 비대칭 PCR(asymmetric PCR), 다이알-아웃 PCR(Dial-out PCR), 디지털 PCR(Digital PCR, dPCR) 및 헬리카제-의존형 증폭 기술(helicasedependent amplification)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the PCR is quantitative PCR (qPCR), real-time PCR (real-time PCR), reverse transcription PCR (Reverse Transcription PCR, RT-PCR), solid phase PCR (Solid Phase PCR) , Competitive PCR, Overlap-extension PCR, Multiplex PCR, Nested PCR, Inverse PCR, Ligation-mediated PCR ), ISSR (Intersequence-specific PCR), Methylation-specific PCR (MSP), Colony PCR (colony PCR), Miniprimer PCR (Miniprimer PCR), Nanoparticle-Assisted PCR (nanoPCR), TAIL -PCR (Thermal asymmetric interlaced PCR), Touchdown (Step-down) PCR, Hot start PCR (Hot start PCR), In silico PCR (In silico PCR), Allele-specific PCR (allele-specific PCR) ), assembly PCR (Assembly PCR), asymmetric PCR (asymmetric PCR), dial-out PCR (Dial-out PCR), digital PCR (Digital PCR, dPCR) and from the group consisting of helicase-dependent amplification technology (helicasedependent amplification) It is more than any one selected.

본 발명은 또한, i) 패혈증 의심 개체로부터 생물학적 시료를 수득하는 단계;The present invention also comprises the steps of: i) obtaining a biological sample from a subject suspected of sepsis;

ii) 상기 단계 i)에서 수득한 생물학적 시료로부터 무세포 DNA(cell free DNA)를 분리하는 단계; 및ii) isolating cell free DNA from the biological sample obtained in step i); and

iii) 상기 단계 ii)에서 수득한 무세포 DNA와 상기 제1항의 조성물을 이용하여 패혈증 원인균을 검출하는 단계;iii) detecting a bacterium causing sepsis using the cell-free DNA obtained in step ii) and the composition of claim 1;

를 포함하는 패혈증 원인균 검출방법 내지 패혈증 진단 또는 예후 예측을 위한 정보제공방법을 제공한다. It provides a method for detecting sepsis causative bacteria including a method to provide information for diagnosing sepsis or predicting a prognosis.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 단계 i)의 생물학적 시료는 혈액, 소변, 뇌척수액 및 타액 으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the biological sample of step i) is at least one selected from the group consisting of blood, urine, cerebrospinal fluid and saliva.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 혈액은 개체의 중앙 혈관(central vessels) 또는 말초 혈관(peripheral vessels)으로부터 수득된 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the blood is obtained from central vessels or peripheral vessels of an individual.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 단계 iii)의 검출은 PCR(polymerase chain reaction)을 이용하여 검출하는 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the detection of step iii) is to detect using PCR (polymerase chain reaction).

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 PCR은 정량적 PCR(quantitative PCR, qPCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(Reverse Transcription PCR, RT-PCR), 고체상 PCR(Solid Phase PCR), 경쟁적 PCR(Competitive PCR), 오버랩 PCR(Overlap-extension PCR), 멀티플렉스 PCR(Multiplex PCR), 네스티드 PCR(Nested PCR), 역 PCR(Inverse PCR), 라이게이션-연관 PCR(Ligation-mediated PCR), ISSR(Intersequence-specific PCR), 메틸화-특이 PCR(Methylation-specific PCR, MSP), 콜로니 PCR(colony PCR), 미니프라이머 PCR(Miniprimer PCR), 나노 PCR(Nanoparticle-Assisted PCR, nanoPCR), TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR), 터치다운 PCR(Touchdown(Step-down) PCR), 핫 스타트 PCR(Hot start PCR), 인-실리코 PCR(In silico PCR), 대립유전자 특이 PCR(allele-specific PCR), 어셈블리 PCR(Assembly PCR), 비대칭 PCR(asymmetric PCR), 다이알-아웃 PCR(Dial-out PCR), 디지털 PCR(Digital PCR, dPCR) 및 헬리카제-의존형 증폭 기술(helicasedependent amplification)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the PCR is quantitative PCR (qPCR), real-time PCR (real-time PCR), reverse transcription PCR (Reverse Transcription PCR, RT-PCR), solid phase PCR (Solid Phase PCR) , Competitive PCR, Overlap-extension PCR, Multiplex PCR, Nested PCR, Inverse PCR, Ligation-mediated PCR ), ISSR (Intersequence-specific PCR), Methylation-specific PCR (MSP), Colony PCR (colony PCR), Miniprimer PCR (Miniprimer PCR), Nanoparticle-Assisted PCR (nanoPCR), TAIL -PCR (Thermal asymmetric interlaced PCR), Touchdown (Step-down) PCR, Hot start PCR (Hot start PCR), In silico PCR (In silico PCR), Allele-specific PCR (allele-specific PCR) ), assembly PCR (Assembly PCR), asymmetric PCR (asymmetric PCR), dial-out PCR (Dial-out PCR), digital PCR (Digital PCR, dPCR) and from the group consisting of helicase-dependent amplification technology (helicasedependent amplification) It is more than any one selected.

본 발명의 패혈증 원인균 검출용 조성물을 이용하는 경우 신속하고 높은 민감도로서 패혈증 주요 원인균을 검출할 수 있는데, 특히, 디지털 PCR 용도로 사용하는 경우 일반적인 TaqMan PCR 또는 혈액 배양(blood culture)에 비하여 높은 민감도 및 특이도를 제공할 수 있다. 또한 임상적으로도 활용 가능하며 배양단계 없이 패혈증 의심 환자의 혈액에서 바로 패혈증 원인균 관련 유전자를 검출할 수 있으므로 패혈증 진단 또는 예후 예측을 위해 효과적으로 사용될 수 있다.When using the composition for detecting sepsis causative bacteria of the present invention, it is possible to quickly and with high sensitivity to detect the main causative bacteria of sepsis. In particular, when used for digital PCR, high sensitivity and specificity compared to general TaqMan PCR or blood culture diagram can be provided. In addition, it can be used clinically and can be effectively used for sepsis diagnosis or prognosis prediction because it can detect sepsis causative bacteria-related genes directly from the blood of a patient suspected of sepsis without a culture step.

도 1은 표적별 단일 디지털 PCR(singleplex digital PCR)의 산점도를 나타낸다. (A) ompA 프라이머-VIC 프로브 세트(x-축, 적색)에 의해 특이적으로 검출된 A. baumannii 표준 균주(ATCC 19606); (B) ecfX 프라이머-FAM 프로브 세트(y-축, 청색)에 의해 검출된 P. aeruginosa 표준 균주(ATCC 27853); (C) phoE 프라이머 -VIC 프로브 세트(x-축, 적색)에 의해 검출된 K. pneumoniae 표준 균주(KCTC 12385); (D 및 E) uidA 프라이머-VIC(x-축, 적색) 및 lacY 프라이머-FAM(y-축, 청색) 프로브 세트에 의해 검출된 E. coli 표준 균주(ATCC 25922); (F 및 G) S. sonnei 표준 균주(ATCC 19585)는 uidA 양성이지만 lacY 음성이었다. 산점도의 노란색 점은 대상별 신호를 나타내지 않는다.
도 2는 단일 디지털 PCR(singleplex digital PCR)에 의한 항균제 내성 유전자의 표적 특이적 식별 결과를 나타낸다. (A 및 B) blaTEM 프라이머-VIC(x-축, 적색) 및 blaCTX-M 그룹 1 프라이머-FAM 프로브 세트(y-축, 청색)에 의해 특이적으로 검출된 blaTEM 및 blaCTX-M-15 유전자 E. coli 분리체, cm241; (C) P. aeruginosa 분리체 cmPA-1로부터의 blaIMP-type 프라이머-FAM 프로브 세트(y-축, 청색)에 의해 검출된 blaIMP-type 유전자; (D) E. coli 분리체 cmEC-1로부터 blaNDM-1 프라이머-VIC 프로브 세트(x-축, 적색)에 의해 검출된 blaNDM-1; (E 및 F) E. coli 분리체 cm66에서 blaTEM 유전자가 검출되었지만, blaCTX-M 그룹 1 유전자는 검출되지 않았다.
도 3은 A. baumannii의 검출 한계를 나타낸다. (A) X-축은 dPCR에 의한 A. baumannii 특이적 ompA 프라이머-VIC 프로브 신호의 적색 형광 진폭을 나타낸다; (B) A. baumannii(ATCC 19606)로부터 단리된 50pg/㎕, 500fg/㎕, 5fg/㎕의 DNA를 사용하는 TaqMan qPCR 증폭 곡선을 나타낸다.
도 4는 디지털 PCR에 의한 표적 유전자의 이중 식별을 나타낸다. (A) E. coli 표준 균주 (ATCC 25922)로부터 이중(duplex) 조건에서 특이적으로 확인된 uidA(x-축, 적색) 및 lacY(y-축, 청색) 유전자; (B) P. aeruginosa K. pneumonia의 DNA 혼합물로부터 동정된 ecfX(y-축, 청색) 및 phoE(x-축, 적색) 유전자; (C) A. baumanniiP. aeruginosa의 DNA 혼합물로부터 확인된 ompA(x-축, 적색) 및 ecfX(y-축, 청색) 유전자; (D) E. coli 분리체 cm241로부터 동정된 blaTEM-type(x-축, 적색) 및 blaCTX-M 그룹 1(y-축, 청색) 유전자; (E) P. aeruginosa cmPA-1 및 E. coli cmEC-1 분리체의 DNA 혼합물로부터 확인된 blaIMP-type(y-축, 청색) 및 blaNDM-1(x-축, 적색) 유전자.
도 5는 이중 디지털 PCR(duplex digital PCR)에 의한 패혈증 환자의 혈액에서 그람 음성 원인균의 검출 결과를 나타낸다. (A) 18-C 샘플로부터 이중 dPCR에 의해 검출된 E. coli 특이 유전자, uidA(x-축, 적색) 및 lacY(y-축, 청색); (B) 6-C 샘플로부터 ecfX(y-축, 청색) 및 phoE(x-축, 적색) 이중 dPCR에 의해 검출된 P. aeruginosa 특이적 ecfX 유전자; (C) 36-C 샘플로부터 ecfX(y-축, 청색) 및 phoE(x-축, 적색) 이중 dPCR에 의해 검출된 K. pneumonia 특이적 phoE 유전자; (D) 18-C 샘플로부터 검출된 blaTEM-type(x-축, 적색) 및 blaCTX-M 그룹 1(y-축, 청색) 유전자; (E) 6-C 샘플로부터 blaIMP-type(y-축, 청색) 및 blaNDM-1(x-축, 적색) 이중 dPCR에 의해 검출된 blaIMP-type 유전자; (F) 36-C 샘플에서 항균 내성 유전자가 검출되지 않았다.
1 shows a scatter plot of singleplex digital PCR (PCR) for each target. (A) A. baumannii standard strain (ATCC 19606) specifically detected by the ompA primer-VIC probe set (x-axis, red); (B) P. aeruginosa standard strain (ATCC 27853) detected by the ecfX primer-FAM probe set (y-axis, blue); (C) K. pneumoniae standard strain (KCTC 12385) detected by phoE primer-VIC probe set (x-axis, red); (D and E) E. coli standard strain (ATCC 25922) detected by the uidA primer-VIC (x-axis, red) and lacY primer-FAM (y-axis, blue) probe sets; (F and G) S. sonnei standard strain (ATCC 19585) was uidA positive but lacY negative. The yellow dots on the scatterplot do not represent target-specific signals.
Figure 2 shows the target-specific identification result of the antimicrobial resistance gene by a single digital PCR (singleplex digital PCR). (A and B) bla TEM and bla CTX-M specifically detected by bla TEM primer-VIC (x-axis, red) and bla CTX - M group 1 primer-FAM probe set (y-axis, blue) -15 gene E. coli isolate, cm241; (C) bla IMP-type gene detected by the bla IMP-type primer-FAM probe set (y-axis, blue) from P. aeruginosa isolate cmPA-1; (D) bla NDM-1 detected by the bla NDM -1 primer-VIC probe set (x-axis, red) from E. coli isolate cmEC- 1 ; (E and F) In E. coli isolate cm66, the bla TEM gene was detected, but the bla CTX-M group 1 gene was not.
3 shows the detection limits of A. baumannii . (A) X-axis represents the red fluorescence amplitude of the A. baumannii specific ompA primer-VIC probe signal by dPCR; (B) Shows TaqMan qPCR amplification curves using 50 pg/μl, 500 fg/μl, 5 fg/μl DNA isolated from A. baumannii (ATCC 19606).
4 shows double identification of target genes by digital PCR. (A) uidA (x-axis, red) and lacY (y-axis, blue) genes specifically identified in duplex conditions from E. coli standard strain (ATCC 25922); (B) ecfX (y-axis, blue) and phoE (x-axis, red) genes identified from a DNA mixture of P. aeruginosa and K. pneumoniae ; (C) ompA (x-axis, red) and ecfX (y-axis, blue) genes identified from a DNA mixture of A. baumannii and P. aeruginosa ; (D) bla TEM-type (x-axis, red) and bla CTX-M group 1 (y-axis, blue) genes identified from E. coli isolate cm241; (E) bla IMP-type (y-axis, blue) and bla NDM-1 (x-axis, red) genes identified from the DNA mixture of P. aeruginosa cmPA-1 and E. coli cmEC-1 isolates.
5 shows the detection result of a gram-negative causative organism in the blood of a sepsis patient by duplex digital PCR. (A) E. coli specific genes, uidA (x-axis, red) and lacY (y-axis, blue) detected by double dPCR from 18-C samples; (B) ecfX (y-axis, blue) and phoE (x-axis, red) P. aeruginosa specific ecfX genes detected by double dPCR from 6-C samples; (C) EcfX (y-axis, blue) and phoE (x-axis, red) K. pneumonia -specific phoE gene detected by double dPCR from 36-C sample; (D) bla TEM-type (x-axis, red) and bla CTX-M group 1 (y-axis, blue) genes detected from 18-C samples; (E) bla IMP-type genes detected by double dPCR of bla IMP-type (y-axis, blue) and bla NDM-1 (x-axis, red) from 6-C sample; (F) No antibacterial resistance gene was detected in the 36-C sample.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 ‘디지털 PCR(Digital polymerase chain reaction, dPCR)’ 은 핵산을 탐지하고 정량하는 새로운 접근법으로서 기존 PCR에 비해 정확한 정량 분석과 표적 핵산 분자의 고감도 탐지가 가능하다. 기존의 PCR의 결과 분석 방식이 아날로그 방식인 점에 반해, dPCR은 결과 신호가 "0" 또는 "1"의 값을 가져 분석 방식이 디지털 방식이기 때문에 대용량의 다양한 시료를 다양한 검사 항목에 대하여 분석할 수 있다. 또한, dPCR은 DNA 시료를 표준 곡선이 필요 없는 단일 분자 계수법을 적용하여 절대정량이 가능하므로 하나의 웰 당 하나의 액적(droplet)에 대한 PCR 반응으로 보다 정확한 절대 정량을 수행할 수 있는 장점이 있다.'Digital polymerase chain reaction (dPCR)' of the present invention is a new approach to detect and quantify nucleic acids, and enables accurate quantitative analysis and high-sensitivity detection of target nucleic acid molecules compared to conventional PCR. Contrary to the fact that the conventional PCR result analysis method is an analog method, in dPCR, the result signal has a value of “0” or “1” and the analysis method is digital. can In addition, dPCR enables absolute quantification of DNA samples by applying a single-molecule counting method that does not require a standard curve, so it has the advantage of performing more accurate absolute quantification with a PCR reaction for one droplet per well. .

본 발명의 ‘프라이머 및 프로브 세트(프라이머/프로브 세트)’는 정방향 프라이머, 역방향 프라이머 및 프로브의 3가지 서열이 하나의 세트로 구성된 것을 의미한다. 본 발명에서는 제1프라이머 세트 내지 제5프라이머 세트에 각각 서열번호 3, 6, 9, 12 또는 15의 염기서열을 포함하는 프로브가 포함된 세트를 의미한다. The 'primer and probe set (primer/probe set)' of the present invention means that three sequences of a forward primer, a reverse primer and a probe are configured as one set. In the present invention, the first to fifth primer sets refer to a set including a probe including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, 6, 9, 12 or 15, respectively.

본 발명의 ‘단일 dPCR(singleplex dPCR)’은 하나의 프라이머(및 프로브) 세트를 이용하는 디지털 PCR을 의미하고, ‘이중 dPCR(duplex dPCR)’은 두 개의 프라이머(및 프로브) 세트를 이용하는 디지털 PCR을 의미하며, ‘다중 dPCR(multiplex dPCR)’은 복수개의 프라이머(및 프로브) 세트를 이용하는 디지털 PCR을 의미한다. 'singleplex dPCR' of the present invention means digital PCR using one set of primers (and probes), and 'duplex dPCR' is digital PCR using two sets of primers (and probes). Meaning, 'multiplex dPCR (multiplex dPCR)' refers to digital PCR using a plurality of primer (and probe) sets.

본 발명의 ‘프라이머’는 짧은 자유 3' 말단 수산화기(free 3' hydroxyl group)를 가지는 핵산 서열로 상보적인 주형(template)과 염기쌍을 형성할 수 있고 주형 가닥 복사를 위한 시작 지점으로 기능을 하는 짧은 핵산 서열을 의미한다. 즉, 프라이머는 적절한 버퍼 중의 적절한 조건(예를 들면, 4개의 다른 뉴클레오시드 트리포스페이트 및 DNA, DNA 폴리머라제 효소와 같은 중합제) 및 적당한 온도 하에서 주형-지시 DNA 합성을 개시할 수 있는 단일가닥 올리고뉴클레오티드를 의미한다.The 'primer' of the present invention is a nucleic acid sequence having a short free 3' hydroxyl group, which can form base pairs with a complementary template and serves as a starting point for template strand copying. refers to a nucleic acid sequence. That is, the primers are single-stranded capable of initiating template-directed DNA synthesis under appropriate conditions (e.g., four different nucleoside triphosphates and a polymerase such as DNA, DNA polymerase enzyme) and appropriate temperature in an appropriate buffer. oligonucleotides.

본 발명의 ‘진단(diagnosis)’은 넓은 의미로는 환자의 병의 실태를 모든 면에 걸쳐서 판단하는 것을 의미한다. 판단의 내용은 병명, 병인, 병형, 경중, 병상의 상세한 양태, 및 합병증의 유무 등이다. 본 발명에서 진단은 바람직하게는 박테리아 혈류 감염으로 발생할 수 있는 패혈증 및 이의 발병 위험성을 판단하는 것이다.In the broad sense of the present invention, “diagnosis” refers to judging the actual condition of a patient's disease in all aspects. The content of the judgment is the disease name, etiology, disease type, severity, detailed mode of the disease, and the presence or absence of complications. Diagnosis in the present invention is preferably to determine the risk of sepsis and its onset caused by bacterial bloodstream infection.

본 발명의 ‘예후(prognosis)’는 병세의 진행, 회복에 관한 예측을 의미하는 것으로, 전망 내지는 예비적 평가를 말한다. 본 발명에서 예후는 패혈증의 재발, 생존(overall survival), 또는 무병생존(disease-free survival)을 의미한다. 예후의 예측(또는 예후의 진단)은 특히 초기 패혈증 환자의 화학치료 여부를 비롯하여 향후 패혈증 치료에 대한 단서를 제시할 수 있으며, 패혈증 치료제에 대한 환자의 반응, 치료 경과에 대한 예측도 포함한다. The term 'prognosis' of the present invention refers to prediction of disease progression and recovery, and refers to a prospect or a preliminary evaluation. In the present invention, the prognosis means sepsis recurrence, overall survival, or disease-free survival. Prediction of prognosis (or diagnosis of prognosis) can provide clues for future sepsis treatment, including whether or not chemotherapy is used in early sepsis patients, and also includes prediction of the patient's response to sepsis treatment and treatment progress.

본 발명의 ‘검출 한계(limit of detection)’는 특정 패혈증 원인균을 검출할 수 있는 최소 DNA의 양을 의미한다. The 'limit of detection' of the present invention means the minimum amount of DNA capable of detecting a specific sepsis causative agent.

상기 기재한 바와 같이, 종래 패혈증 원인균 검출을 위해 사용한 혈액 배양방법은 18 내지 24 시간이 걸리기 때문에 패혈증 진단에 너무 오랜 시간이 소요된다. 보다 효과적인 패혈증 예방 내지 치료를 위해 신속하게 패혈증을 진단 내지 예측하는 방법이 요구되고 있는 실정이다. As described above, the conventional blood culture method used to detect sepsis causative bacteria takes 18 to 24 hours, so it takes too long to diagnose sepsis. There is a need for a method for rapidly diagnosing or predicting sepsis for more effective sepsis prevention or treatment.

본 발명자들은 패혈증을 일으키는 주요 그람 음성 병원균을 표적으로 하는 디지털 PCT(dPCR) 프라이머/프로브 세트를 제작했다. P. aeruginosa의 경우, ecfX, gyrB, oprI, algD, toxA 및 16s rRNA 유전자가 후보로 제안되었다. 그중 ecfX 유전자가 P. aeruginosa-특이적 식별을 위한 적절한 표적임을 실험적으로 확인하고 이를 선택하였다. E. coli의 경우, 보편적인 E. coli 표적인 β-글루쿠로니다제(beta-glucuronidase)를 인코딩하는 uidA 유전자를 표적으로 하는 프로브를 설계 하였다. 그러나, E. coli과 시겔라 종(Shigella spp.)의 유전적 유사성으로 인해 uidA만으로는 E. coli를 시겔라 종과 구별할 수 없다. 따라서, 락토오스 투과효소(lactose permease)를 암호화하는 E. coli 특이 유전자인 lacY를 표적으로 하는 프로브를 추가적으로 제작했다. K. pneumoniae의 경우 이에 특이적인 phoE 유전자를 선택하였다. A. baumannii의 경우, 이에 특이적이고 실시간 PCR을 통하여 민감도 및 특이성이 실험적으로 확인된 ompA 유전자를 선택하였다. 또한 4 가지 주요 약물 내성 유전자(blaTEM-type, blaCTX-M 그룹 1, blaIMP-type 및 blaNDM-1)를 대상으로 dPCR 프라이머/프로브 세트를 제작했다. 본 발명의 프라이머/프로브 세트의 적절성을 단일 dPCR을 사용하여 확인하였다(실시예 1 및 실시예 2). We constructed a digital PCT (dPCR) primer/probe set that targets the major gram-negative pathogens that cause sepsis. For P. aeruginosa , ecfX, gyrB, oprI, algD, toxA and 16s rRNA genes were proposed as candidates. Among them, the ecfX gene was experimentally confirmed and selected as an appropriate target for P. aeruginosa -specific identification. For E. coli , a probe targeting the uidA gene encoding β-glucuronidase, a universal E. coli target, was designed. However, due to the genetic similarity between E. coli and Shigella spp., uidA alone cannot distinguish E. coli from Shigella spp. Therefore, a probe targeting lacY , an E. coli -specific gene encoding lactose permease, was additionally prepared. In the case of K. pneumoniae , a specific phoE gene was selected. In the case of A. baumannii , the ompA gene, which was specific for it and whose sensitivity and specificity were experimentally confirmed through real-time PCR, was selected. In addition, dPCR primer/probe sets were prepared for four major drug resistance genes (bla TEM-type , bla CTX-M group 1, bla IMP-type , and bla NDM-1 ). The suitability of the primer/probe set of the present invention was confirmed using a single dPCR (Example 1 and Example 2).

본 발명의 프라이머/프로브 세트를 이용한 dPCR의 최소 검출 한계는 50 ag로, 실시간 qPCR (500 fg)보다 104 배 더 민감했다(실시예 3). 원칙적으로, 하나의 E. coli 세포에서 게놈 DNA의 양은 약 0.017pg이며, 이는 dPCR이 혈액에서 1 CFU/㎖ 미만의 원인균을 검출할 수 있음을 의미한다. 1 ~ 100 CFU/㎖의 원인균이 성인 박테리아 혈류 감염(BSI) 환자의 혈액에 존재한다면, 본 발명의 dPCR 시스템은 BSI의 초기 단계에서 패혈증 원인균 내지 항균제 내성 유전자를 검출하기에 충분히 민감하다.The minimum detection limit of dPCR using the primer/probe set of the present invention was 50 ag, which was 10 4 times more sensitive than real-time qPCR (500 fg) (Example 3). In principle, the amount of genomic DNA in one E. coli cell is about 0.017 pg, which means that dPCR can detect less than 1 CFU/mL of the causative agent in blood. If the causative agent of 1-100 CFU/ml is present in the blood of an adult bacterial bloodstream infection (BSI) patient, the dPCR system of the present invention is sufficiently sensitive to detect sepsis causative bacteria or antimicrobial resistance genes in the early stages of BSI.

본 발명의 표적 특이적 프라이머/프로브 세트를 2 개(VIC 또는 FAM)의 상이한 염료와 혼합하여, 5 개의 이중 dPCR 반응에 의해 9 개의 표적 모두를 검출할 수 있었고 총 반응 시간은 3 시간 미만이었다(실시예 4). 이는 혈액 샘플링에서 최종 해석까지의 dPCR의 전체 절차에 3 시간 미만이 소요된 것이므로 신속하게 패혈증을 진단 내지 예측할 수 있음을 의미한다. 상기 FAM과 VIC은 올리고 뉴클레오티드(프라이머/프로브) 라벨링에 사용되는 형광 염료이다. 프라이머/프로브가 타켓이 되는 균주의 시퀀스와 적절하게 결합하였을 경우, FAM 또는 VIC 형광 염료가 각각 파란색 또는 빨간색으로 발광하게 됨으로써 검출할 수 있다. By mixing the target-specific primer/probe set of the present invention with 2 (VIC or FAM) different dyes, all 9 targets could be detected by 5 double dPCR reactions and the total reaction time was less than 3 hours ( Example 4). This means that the entire procedure of dPCR from blood sampling to final interpretation took less than 3 hours, which means that sepsis can be quickly diagnosed or predicted. The FAM and VIC are fluorescent dyes used for oligonucleotide (primer/probe) labeling. When the primer/probe is properly combined with the sequence of the target strain, it can be detected by causing the FAM or VIC fluorescent dye to emit blue or red light, respectively.

또한 현재 원인균 검출을 위해 가장 일반적으로 사용되는 PCR 기반 기술인 TaqMan 실시간 PCR(TaqMan PCR)의 결과 또는 임상적으로 환자의 혈액 배양 결과는 본 발명의 이중 dPCR 시스템의 결과와 일치하였으며, 이는 본 발명의 100 % 검출 민감도를 나타낸다. 특히, TaqMan PCR에서 음성으로 나타난 6개의 샘플 또는 혈액 배양에서 음성으로 나타난 7개의 샘플은 이중 dPCR에서 원인균 특이적 양성 신호를 나타냈는데, 이는 본 발명의 dPCR의 민감도가 높기 때문에 혈액 배양에서 감지 할 수 없는 매우 낮은 용량의 원인균을 식별할 수 있음을 의미한다. 추가적으로, 상기 6 개의 TaqMan PCR 음성 샘플 중 5 개는 혈액 배양에서 양성으로 나타나, TaqMan PCR 분석의 검출 감도는 아직 임상 적용에 충분하지 않다는 것을 의미하였다. 음성 대조군 샘플의 경우 모두 dPCR 분석에서 원인균 음성이었고, 이는 본 발명의 dPCR 시스템의 100 % 특이도를 의미한다(실시예 5, 표 3). In addition, the results of TaqMan real-time PCR (TaqMan PCR), which is the most commonly used PCR-based technology for detecting causative bacteria, or the results of clinically culturing the patient's blood were consistent with the results of the dual dPCR system of the present invention. % Indicates the detection sensitivity. In particular, 6 samples negative in TaqMan PCR or 7 samples negative in blood culture showed a causative agent-specific positive signal in double dPCR, which could be detected in blood culture because of the high sensitivity of the dPCR of the present invention. This means that the causative organism at a very low dose that is not present can be identified. Additionally, 5 of the 6 TaqMan PCR negative samples were positive in blood culture, indicating that the detection sensitivity of TaqMan PCR assay is not yet sufficient for clinical application. All negative control samples were negative for the causative agent in dPCR analysis, indicating 100% specificity of the dPCR system of the present invention (Example 5, Table 3).

따라서, 본 발명은 서열번호 1 의 염기서열 및 서열번호 2 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제1프라이머 세트; Accordingly, the present invention provides a first primer set comprising a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2;

서열번호 4 의 염기서열 및 서열번호 5 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제2프라이머 세트; a second primer set comprising a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5;

서열번호 7 의 염기서열 및 서열번호 8 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제3프라이머 세트; a third primer set consisting of a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8;

서열번호 10 의 염기서열 및 서열번호 11 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제4프라이머 세트; 및a fourth primer set consisting of a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 10 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 11; and

서열번호 13 의 염기서열 및 서열번호 14 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제5프라이머 세트; a fifth primer set consisting of a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 13 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14;

로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 프라이머 세트를 포함하는 패혈증 원인균 검출용 조성물을 제공한다. It provides a composition for detecting sepsis causative bacteria comprising any one or more primer sets selected from the group consisting of.

상기 프라이머 세트들은 패혈증 원인균의 유전자를 증폭시켜 검출할 수 있는 다양한 방법에 사용될 수 있으나, 바람직하게는 PCR(polymerase chain reaction)에 사용되는 것일 수 있다. The primer sets may be used in various methods capable of amplifying and detecting the gene of the causative agent of sepsis, but preferably those used in polymerase chain reaction (PCR).

상기 PCR은 정량적 PCR(quantitative PCR, qPCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(Reverse Transcription PCR, RT-PCR), 고체상 PCR(Solid Phase PCR), 경쟁적 PCR(Competitive PCR), 오버랩 PCR(Overlap-extension PCR), 멀티플렉스 PCR(Multiplex PCR), 네스티드 PCR(Nested PCR), 역 PCR(Inverse PCR), 라이게이션-연관 PCR(Ligation-mediated PCR), ISSR(Intersequence-specific PCR), 메틸화-특이 PCR(Methylation-specific PCR, MSP), 콜로니 PCR(colony PCR), 미니프라이머 PCR(Miniprimer PCR), 나노 PCR(Nanoparticle-Assisted PCR, nanoPCR), TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR), 터치다운 PCR(Touchdown(Step-down) PCR), 핫 스타트 PCR(Hot start PCR), 인-실리코 PCR(In silico PCR), 대립유전자 특이 PCR(allele-specific PCR), 어셈블리 PCR(Assembly PCR), 비대칭 PCR(asymmetric PCR), 다이알-아웃 PCR(Dial-out PCR), 디지털 PCR(Digital PCR, dPCR) 및 헬리카제-의존형 증폭 기술(helicasedependent amplification)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 바람직하게는 디지털 PCR(Digital PCR, dPCR)일 수 있다. The PCR is quantitative PCR (qPCR), real-time PCR (real-time PCR), reverse transcription PCR (Reverse Transcription PCR, RT-PCR), solid phase PCR (Solid Phase PCR), competitive PCR (Competitive PCR), overlap PCR (Overlap-extension PCR), Multiplex PCR, Nested PCR, Inverse PCR, Ligation-mediated PCR, Intersequence-specific PCR, Methylation-specific PCR (MSP), colony PCR (colony PCR), miniprimer PCR (Miniprimer PCR), nanoparticle-assisted PCR (nanoPCR), TAIL-PCR (Thermal asymmetric interlaced PCR), touch Touchdown (Step-down) PCR, Hot start PCR, In silico PCR, allele-specific PCR, Assembly PCR, Asymmetric PCR PCR (asymmetric PCR), dial-out PCR (Dial-out PCR), digital PCR (Digital PCR, dPCR), and helicase- may be any one or more selected from the group consisting of amplification technology (helicase-dependent amplification), but preferably For example, it may be digital PCR (dPCR).

상기 패혈증 원인균은 패혈증을 일으키는 그람 음성균을 모두 포함하는 개념이나, 바람직하게는 아시네토박터 바우마니균(Acinetobacter baumannii), 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli), 크렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 시겔라 소이네(Shigella sonnei), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus), 클로스트리디움 퍼프린젠스(Clostridium perfringens), 엔테로코커스 페칼리스(Enterococcus faecalis), 살모넬라 엔테라이티디스(Salmonella enteritidis) 및 캄필로박터 제주니(Campylobacter jejuni) 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 아시네토박터 바우마니균(Acinetobacter baumannii), 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli), 크렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa) 및 시겔라 소이네(Shigella sonnei)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 아시네토박터 바우마니균(Acinetobacter baumannii), 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli), 크렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae) 및 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa) 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다. The sepsis causative bacteria is a concept including all of the Gram-negative bacteria causing sepsis, but preferably Acinetobacter baumannii , Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae , Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa ), Shigella soine ( Shigella sonnei ), Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus ), Streptococcus pyogenes ( Streptococcus pyogenes ), Clostridium cereus ( Bacillus cereus ), Bacillus cereus ( Bacillus cereus ) Perfringens ( Clostridium perfringens ), Enterococcus faecalis ( Enterococcus faecalis ), Salmonella enteritidis ( Salmonella enteritidis ) and Campylobacter jejuni ( Campylobacter jejuni ) It may be any one or more selected from the group consisting of. More preferably, Acinetobacter baumannii , Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae , Pseudomonas aeruginosa, and Shigella soyne ( Pseudomonas aeruginosa ) sonnei ) may be any one or more selected from the group consisting of, more preferably Acinetobacter baumannii , Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae , and Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa ) It may be any one or more selected from the group consisting of.

본 발명의 상기 조성물의 검출한계는 1 ag/㎕ 내지 500 fg/㎕ 인 것일 수 있으며, 바람직하게는 20 ag/㎕ 내지 50 fg/㎕ 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 40 ag/㎕ 내지 5 fg/㎕ 일 수 있다. The detection limit of the composition of the present invention may be 1 ag/μl to 500 fg/μl, preferably 20 ag/μl to 50 fg/μl, more preferably 40 ag/μl to 5 fg /μl.

본 발명의 상기 제1프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 3 의 염기서열을 포함하는 프로브; The first primer set of the present invention may further include a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3;

제2프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 6 의 염기서열을 포함하는 프로브; The second primer set may additionally include a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6;

제3프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 9 의 염기서열을 포함하는 프로브; The third primer set additionally includes a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9;

제4프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 12 의 염기서열을 포함하는 프로브; 및 The fourth primer set additionally includes a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 12; and

제5프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 15 의 염기서열을 포함하는 프로브; 를 포함하는 것일 수 있다. The fifth primer set additionally includes a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15; may include.

본 발명은 또한, 상기 패혈증 원인균 검출용 조성물과, PCR 증폭 반응을 위한 시약을 포함하는 패혈증 원인균 검출용 키트를 제공할 수 있다. The present invention may also provide a kit for detecting the bacteria causing sepsis, comprising the composition for detecting the bacteria causing sepsis, and a reagent for the PCR amplification reaction.

상기 PCR은 상기 패혈증 원인균 검출용 조성물이 사용될 수 있는 PCR과 동일하므로 설명은 그 기재로 대신한다. Since the PCR is the same as the PCR in which the composition for detecting the causative bacteria of sepsis can be used, the description is replaced with the description thereof.

본 발명의 상기 키트는 PCR 증폭 반응을 수행하기 위해 DNA 폴리머라제, dNTPs, 완충액 등을 포함할 수 있다. 상기 키트는 또한 최적의 반응 수행 조건을 기재한 사용자 안내서를 추가로 포함할 수 있다. 안내서는 키트 사용법, 예를 들면, 역전사 완충액 및 PCR 완충액 제조 방법, 제시되는 반응 조건 등을 설명하는 인쇄물이다. 안내서는 팜플렛 또는 전단지 형태의 안내 책자, 키트에 부착된 라벨, 및 키트를 포함하는 패키지의 표면상에 설명을 포함한다. 또한, 안내서는 인터넷과 같이 전기 매체를 통해 공개되거나 제공되는 정보를 포함한다.The kit of the present invention may include DNA polymerase, dNTPs, a buffer, and the like to perform a PCR amplification reaction. The kit may also further comprise a user's guide setting out conditions for performing the optimal reaction. The handbook is a printout explaining how to use the kit, eg, how to prepare reverse transcription buffer and PCR buffer, and suggested reaction conditions. Instructions include a brochure in the form of a pamphlet or leaflet, a label affixed to the kit, and instructions on the surface of the package containing the kit. In addition, the guide includes information published or provided through an electronic medium such as the Internet.

본 발명은 또한, i) 패혈증 의심 개체로부터 생물학적 시료를 수득하는 단계;The present invention also comprises the steps of: i) obtaining a biological sample from a subject suspected of sepsis;

ii) 상기 단계 i)에서 수득한 생물학적 시료로부터 무세포 DNA(cell free DNA)를 분리하는 단계; 및ii) isolating cell free DNA from the biological sample obtained in step i); and

iii) 상기 단계 ii)에서 수득한 무세포 DNA와 상기 패혈증 원인균 검출용 조성물을 이용하여 패혈증 원인균을 검출하는 단계;iii) detecting a sepsis causative organism using the cell-free DNA obtained in step ii) and the composition for detecting the sepsis causative organism;

를 포함하는 패혈증 원인균 검출방법을 제공할 수 있다. It can provide a method for detecting bacteria causing sepsis, including.

본 발명의 상기 단계 i)의 개체는 인간을 포함하여 패혈증이 발병할 수 있는 모든 동물을 의미하며, 바람직하게는 인간을 의미한다. The subject of step i) of the present invention refers to all animals that can develop sepsis, including humans, and preferably refers to humans.

본 발명의 상기 단계 i)의 생물학적 시료는 혈액, 소변, 뇌척수액 및 타액 으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하나 보다 바람직하게는 혈액인 것이 바람직하다. 상기 혈액은 상기 개체의 중앙 혈관 또는 말초 혈관으로부터 수득된 것일 수 있으며, 상기 혈액은 혈장일 수 있다. The biological sample of step i) of the present invention is preferably at least one selected from the group consisting of blood, urine, cerebrospinal fluid and saliva, but more preferably blood. The blood may be obtained from a central blood vessel or a peripheral blood vessel of the subject, and the blood may be plasma.

본 발명의 상기 단계 iii)의 검출은 PCR(polymerase chain reaction)을 이용하여 검출하는 것일 수 있으며, 상기 PCR은 상기 패혈증 원인균 검출용 조성물이 사용될 수 있는 PCR과 동일하므로 설명은 그 기재로 대신한다. The detection of step iii) of the present invention may be detection using a polymerase chain reaction (PCR), and since the PCR is the same as the PCR in which the composition for detecting the causative bacteria of sepsis can be used, the description is replaced with the description thereof.

본 발명은 또한, 상기 패혈증 원인균 검출용 조성물을 포함하는 패혈증 진단 또는 예후 예측용 조성물을 제공할 수 있다. The present invention may also provide a composition for diagnosing sepsis or predicting a prognosis, including the composition for detecting the bacteria causing sepsis.

본 발명은 또한, 상기 패혈증 진단 또는 예후 예측용 조성물과, PCR 증폭 반응을 위한 시약을 포함하는 패혈증 진단 또는 예후 예측용 키트를 제공할 수 있다. The present invention may also provide a kit for diagnosing sepsis or predicting prognosis, comprising the composition for diagnosing or predicting sepsis and a reagent for PCR amplification reaction.

상기 PCR 증폭 반응을 위한 시약은 상기 패혈증 원인균 검출용 키트에 포함될 수 있는 것과 동일하므로 설명은 그 기재로 대신한다. Since the reagents for the PCR amplification reaction are the same as those that can be included in the kit for detecting the bacteria causing sepsis, the description is replaced with the description thereof.

본 발명은 또한, i) 패혈증 의심 개체로부터 생물학적 시료를 수득하는 단계;The present invention also comprises the steps of: i) obtaining a biological sample from a subject suspected of sepsis;

ii) 상기 단계 i)에서 수득한 생물학적 시료로부터 무세포 DNA(cell free DNA)를 분리하는 단계; 및ii) isolating cell free DNA from the biological sample obtained in step i); and

iii) 상기 단계 ii)에서 수득한 무세포 DNA와 상기 패혈증 원인균 검출용 조성물을 이용하여 패혈증 원인균을 검출하는 단계;iii) detecting a sepsis causative organism using the cell-free DNA obtained in step ii) and the composition for detecting the sepsis causative organism;

를 포함하는 패혈증 진단 또는 예후 예측을 위한 정보제공방법을 제공할 수 있다. It can provide an information providing method for diagnosing sepsis or predicting a prognosis, including.

상기 단계 i) 내지 iii)은 상기 패혈증 원인균 검출방법에 포함되는 단계와 동일하므로 설명은 그 기재로 대신한다. Since the steps i) to iii) are the same as the steps included in the method for detecting the bacteria causing sepsis, the description is replaced with the description thereof.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석하지 않는 것은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it is obvious to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

세균 균주 bacterial strains

본 발명에 사용된 그람 음성 균주는 하기 [표 1]과 같다. American Type Culture Collection(VA, Manassas, VA), Korean Collection of Type Cultures(Jeongeup, South Korea)으로부터 5 개의 표준(reference) 균주를 얻었으며, 한국 서울 성모 병원에서 13 개의 임상(clinical) 균주(cm241, cm66, cmPA-1, cmEC-1, 13B-333, 13B-236, cmPA-2, cmPA-4, Aci_080004, Aci_080014, Aci_090023, Aci_090047 및 Aci_090050)를 획득하였다. 18 균주 각각을 혈액 한천(Blood agar) 플레이트(Sigma-Aldrich, Darmstadt, Germany) 및 루리아 베르타니(Luria-Bertani, LB) 한천 플레이트(BD, NJ Franklin Lakes)에서 37 ℃에서 24 시간 동안 무산소 배양하였다.Gram-negative strains used in the present invention are shown in Table 1 below. Five reference strains were obtained from the American Type Culture Collection (VA, Manassas, VA) and the Korean Collection of Type Cultures (Jeongeup, South Korea), and 13 clinical strains (cm241, cm241, cm66, cmPA-1, cmEC-1, 13B-333, 13B-236, cmPA-2, cmPA-4, Aci_080004, Aci_080014, Aci_090023, Aci_090047 and Aci_090050) were obtained. Each of the 18 strains was incubated anaerobically at 37°C for 24 h on blood agar plates (Sigma-Aldrich, Darmstadt, Germany) and Luria-Bertani (LB) agar plates (BD, NJ Franklin Lakes). .

균주strain bell 항균제 내성 유전자antimicrobial resistance gene ATCC 19606ATCC 19606 아시네토박터 바우마니균
(Acinetobacter baumannii)
Acinetobacter baumani
( Acinetobacter baumannii )
ATCC 25922ATCC 25922 에스케리키아 콜라이
(Escherichia coli)
Escherichia coli
( Escherichia coli )
KCTC 12385KCTC 12385 크렙시엘라 뉴모니아
(Klebsiella pneumoniae)
Krebsiella pneumoniae
( Klebsiella pneumoniae )
ATCC 27853ATCC 27853 슈도모나스 에루지노사
(Pseudomonas aeruginosa)
Pseudomonas aeruginosa
( Pseudomonas aeruginosa )
ATCC 19585ATCC 1985 시겔라 소이네
(Shigella sonnei)
Shigella Soine
( Shigella sonnei )
cm241cm241 에스케리키아 콜라이
(Escherichia coli)
Escherichia coli
( Escherichia coli )
TEM-유형 β-락타마제, CTX-M-1 그룹 확장 스펙트럼 β-락타마제(CTX-M-15)TEM-type β-lactamase, CTX-M-1 group broad spectrum β-lactamase (CTX-M-15)
cm66cm66 에스케리키아 콜라이
(Escherichia coli)
Escherichia coli
( Escherichia coli )
TEM-유형 β-락타마제, CTX-M-1 그룹 확장 스펙트럼 β-락타마제(CTX-M-9)TEM-type β-lactamase, CTX-M-1 group broad spectrum β-lactamase (CTX-M-9)
cmPA-1cmPA-1 슈도모나스 에루지노사
(Pseudomonas aeruginosa)
Pseudomonas aeruginosa
( Pseudomonas aeruginosa )
IMP 메탈로-β-락타마제-1IMP metallo-β-lactamase-1
cmEC-1cmEC-1 에스케리키아 콜라이
(Escherichia coli)
Escherichia coli
( Escherichia coli )
뉴델리 메탈로-β-락타마제-1New Delhi metallo-β-lactamase-1
13B-33313B-333 크렙시엘라 뉴모니아
(Klebsiella pneumoniae)
Krebsiella pneumoniae
( Klebsiella pneumoniae )
TEM-유형 β-락타마제, CTX-M-1 그룹 확장 스펙트럼 β-락타마제(CTX-M-15)TEM-type β-lactamase, CTX-M-1 group broad spectrum β-lactamase (CTX-M-15)
13B-23613B-236 크렙시엘라 뉴모니아
(Klebsiella pneumoniae)
Krebsiella pneumoniae
( Klebsiella pneumoniae )
cmPA-2cmPA-2 슈도모나스 에루지노사
(Pseudomonas aeruginosa)
Pseudomonas aeruginosa
( Pseudomonas aeruginosa )
IMP 메탈로-β-락타마제-1IMP metallo-β-lactamase-1
cmPA-4cmPA-4 슈도모나스 에루지노사
(Pseudomonas aeruginosa)
Pseudomonas aeruginosa
( Pseudomonas aeruginosa )
IMP 메탈로-β-락타마제-1IMP metallo-β-lactamase-1
Aci_080004Aci_080004 아시네토박터 바우마니균
(Acinetobacter baumannii)
Acinetobacter baumani
( Acinetobacter baumannii )
Aci_080014Aci_080014 아시네토박터 바우마니균
(Acinetobacter baumannii)
Acinetobacter baumani
( Acinetobacter baumannii )
Aci_090023Aci_090023 아시네토박터 바우마니균
(Acinetobacter baumannii)
Acinetobacter baumani
( Acinetobacter baumannii )
Aci_090047Aci_090047 아시네토박터 바우마니균
(Acinetobacter baumannii)
Acinetobacter baumani
( Acinetobacter baumannii )
Aci_090050 Aci_090050 아시네토박터 바우마니균
(Acinetobacter baumannii)
Acinetobacter baumani
( Acinetobacter baumannii )

패혈증 원인균 검출을 위한 프라이머 및 프로브 설계Primer and probe design for the detection of sepsis causative bacteria

본 발명자들은 원인균 관련 서열을 변경함으로써 원인균 그람 음성 패혈증의 주요 원인을 타겟팅하는 디지털 PCR(dPCR) 프라이머/프로브 세트를 설계하였다. 이때, 그람 음성 원인균을 검출하는 것 외에도, 원인균에 항균 내성 유전자의 존재를 확인하고자 하였다. The present inventors designed a digital PCR (dPCR) primer/probe set targeting the main cause of causative bacteria gram-negative sepsis by altering the causative agent-related sequence. In this case, in addition to detecting the gram-negative causative bacteria, it was attempted to confirm the presence of the antibacterial resistance gene in the causative bacteria.

구체적으로, 하기 [표 2]와 같이 A. baumannii에 대한 ompA; P. aeruginosa에 대한 ecfX; K. pneumonia 에 대한 phoE; E. coli에 대한 uidAlacY 을 표적으로 하는 dPCR 프라이머/프로브 세트를 제작하였다. 단일 dPCR(singleplex dPCR) 반응을 수행하여 저항 유전자(표 1)를 암호화하는 것으로 확인된 4 개의 임상 분리물을 분석함으로써 각각의 프라이머/프로브 세트의 특이성을 결정하였다. 항균 내성 유전자를 검출하기 위해, TEM-유형 β-락타마제(TEM-type beta-lactamase; bla TEM-type), CTX-M-1 그룹 확장 스펙트럼 β-락타마제(CTX-M-1 group extended-spectrum beta-lactamase; bla CTX-M group 1), 뉴델리 메탈로-β-락타마제-1(New Delhi metallo-beta-lactamase-1; bla NDM-1) 및 IMP 메탈로-β-락타마제(IMP metallo-beta-lactamse; bla IMP-type) 에 대한 프라이머/프로브 세트를 이전 연구에서 확인된 서열을 수정하여 제조하였다. 각 프로브의 하이브리드화 서열의 특이성은 BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/)를 사용하여 확인되었다. 각 프로브 서열의 깁스 자유 에너지(ΔG)는 Mfold 소프트웨어(http://mfold.rna.albany.edu/?q=mfold/)를 사용하여 결정되었으며, 본 연구에서는 ΔG≥0 인 프로브를 사용하였다. 저항성 유전자에 대한 프라이머/프로브 세트의 상동성 점수는 Clustal Omega 소프트웨어 (http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/)를 사용하여 계산되었다.Specifically, ompA for A. baumannii as shown in Table 2 below; ecfX for P. aeruginosa ; phoE for K. pneumoniae ; A dPCR primer/probe set targeting uidA and lacY for E. coli was constructed. The specificity of each primer/probe set was determined by performing a singleplex dPCR (dPCR) reaction to analyze four clinical isolates identified to encode resistance genes (Table 1). To detect the antibacterial resistance gene, TEM-type beta-lactamase (TEM-type beta-lactamase; bla TEM-type ), CTX-M-1 group extended spectrum β-lactamase (CTX-M-1 group extended- spectrum beta-lactamase; bla CTX-M group 1), New Delhi metallo-β-lactamase-1 (New Delhi metallo-beta-lactamase-1; bla NDM-1 ) and IMP metallo-β-lactamase ( A primer/probe set for IMP metallo-beta-lactamse; bla IMP-type ) was prepared by modifying the sequence identified in the previous study. The specificity of the hybridization sequence of each probe was confirmed using BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/). The Gibbs free energy (ΔG) of each probe sequence was determined using Mfold software (http://mfold.rna.albany.edu/?q=mfold/), and probes with ΔG≥0 were used in this study. Homology scores of primer/probe sets to resistance genes were calculated using Clustal Omega software (http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/).

타겟 유전자 target gene 프로브probe 프라이머/프로브 서열 Primer/probe sequence 서열번호 SEQ ID NO: A. baumaniiA. baumanii ompAompA VICVIC F: ACGTAGTTCTTGGTGGTCACTTGA F: ACGTAGTTCTTGGTGGTCACTTGA 1One R: AGGTCTTCAGTTAACTCTTGTGGTTGT R: AGGTCTTCAGTTAACTCTTGTGGTGT 22 P: CTCCTGTAGTAGAAGTTG P: CTCCTGTAGTAGAAGTTG 33 E. coliE. coli uidAuidA VICVIC F: GGGCGAACAGTTCCTGATCA F: GGGCGAACAGTTCCTGATCA 44 R: TCATGACGACCAAAGCCAGTAA R: TCATGACGACCAAAGCCAGTAA 55 P: CCACAAACCGTTCTAC P: CCACAAACCGTTCTAC 66 lacYlacY FAMFAM F: CTGGTCTGTTTCTGCTTCTTTAAGC F: CTGGTCTGTTTCTGCTTCTTTAAGC 77 R: TGCCCGCCAGTACAGACA R: TGCCCGCCAGTACAGACA 88 P: ACTGGCGATGATTTT P: ACTGGCGATGATTTT 99 K. pneumoniaeK. pneumoniae phoEphoE VICVIC F: TGCAGTACCAGGGTAAAAACGA F: TGCAGTACCAGGGTAAAAAACGA 1010 R: CGCCGTCGCCGTTCT R: CGCCGTCGCCGTTCT 1111 P: CCGTGAAGCGAAGAA P: CCGTGAAGCGAAGAA 1212 P. aeruginosaP. aeruginosa ecfXecfX FAMFAM F: CCGCGCGCATTTCTTTT F: CCGCGCGCATTTCTTTT 1313 R: CCAATGGTCGCGCAACA R: CCAATGGTCGCGCAACA 1414 P: CAGATCGCCCGCAAC P: CAGATCGCCCGCAAC 1515 항균제 내성
유전자
antimicrobial resistance
gene
blabla TEM-typeTEM-type VICVIC F: TGCTGCCATAACCATGAGTGA F: TGCTGCCATAACCATGAGTGA 1616
R: GGTCCTCCGATCGTTGTCA R: GGTCCTCCGATCGTTGTCA 1717 P: TGCTGCCAACTTACT P: TGCTGCCAACTTACT 1818 bla CTX -M
group 1
bla CTX -M
group 1
FAMFAM F: GACGCTGGGTAAAGCATTGG F: GACGCTGGGTAAAGCATTGG 1919
R: GGTATTGCCTTTCATCCATGTCA R: GGTATTGCCTTTCATCCATGTCA 2020 P: ACAGCCAACGGGC P: ACAGCCAACGGGC 2121 blabla NDM-1NDM-1 VICVIC F: GACCGCCCAGATCCTCAA F: GACCGCCCAGATCCTCAA 2222 R: CGCGACCGGCAGGTT R: CGCGACCGGCAGGTT 2323 P: TGGATCAAGCAGGAGAT P: TGGATCAAGCAGGAGAT 2424 blabla IMP-typeIMP-type FAMFAM F: CGATCTATCCCCACGTATGCA F: CGATCTATCCCCACGTATGCA 2525 R: GGCTTGAACCTTACCGTCTTTTT R: GGCTTGAACCTTACCGTCTTTTT 2626 P: CTGAATTAACAAATGAACTGC P: CTGAATTAACAAATGAACTGC 2727

그 결과, [도 1]에서 나타나는 바와 같이 모든 세트는 표적 특정 신호를 보여 주었다. A. baumanii에 대한 표준 균주인 ATCC 19606은 ompA 프라이머-VIC 프로브 세트에 의해 특이적으로 검출되었다(도 1A). P. aeruginosa의 경우 ATCC 27853, K. pneumoniae의 경우 KCTC 12385는 각각 ecfX 프라이머-FAM 및 phoE 프라이머-VIC 프로브 세트로 식별되었다(도 1B 및 C). E. coli에 대한 ATCC 25922는 uidA 프라이머-VIC 및 lacY 프라이머-FAM 프로브 세트 모두에 의해 특이적으로 검출되었다(도 1D 및 E). 그러나 S. sonnei의 ATCC 19585에서는 uidA 만 탐지되었다(도 1F 및 G). 원인균 특이적 dPCR 프라이머/프로브 세트가 그람 양성 원인균과 같은 다른 원인균과 반응할 때, 신호가 관찰되지 않았다(데이터는 나타내지 않음).As a result, all sets showed target-specific signals as shown in [Fig. 1]. ATCC 19606, a standard strain for A. baumanii , was specifically detected by the ompA primer-VIC probe set (FIG. 1A). ATCC 27853 for P. aeruginosa and KCTC 12385 for K. pneumoniae were identified with the ecfX primer-FAM and phoE primer-VIC probe sets, respectively ( FIGS. 1B and C). ATCC 25922 against E. coli was specifically detected by both the uidA primer-VIC and lacY primer-FAM probe sets ( FIGS. 1D and E). However, only uidA was detected in ATCC 19585 of S. sonnei ( FIGS. 1F and G). When the causative agent-specific dPCR primer/probe set reacted with another causative agent such as a gram-positive causative organism, no signal was observed (data not shown).

또한, [도 2]에서 나타나는 바와 같이, blaTEM 및 blaCTX-M-15 유전자를 암호화하는 E. coil 분리체 cm241을 적용했을 때 두 ESBL 유전자가 성공적으로 검출되었다(도 2A 및 2B). 두 MBL 유전자는 P. aeruginosa 분리체 cmPA-1 및 E. coli 분리체 cmEC-1와 특이적으로 각각 구별된다(도 2C 및 2D). CTX-M 그룹 9 ESBL 및 blaTEM 효소를 생성하는 것으로 알려진 다른 E. coli 분리체 cm66은 blaCTX-M 그룹 1 신호가 아닌 blaTEM 신호를 나타냈다(도 2E 및 F). 다른 임상 균주에서도 각각의 표적 프라이머/프로브를 사용하여 해당 유전자 검출에 성공하였다.In addition, as shown in [Fig. 2], two ESBL genes were successfully detected when the E. coil isolate cm241 encoding the bla TEM and bla CTX-M-15 genes was applied (Figs. 2A and 2B). The two MBL genes are specifically distinct from P. aeruginosa isolate cmPA-1 and E. coli isolate cmEC-1, respectively ( FIGS. 2C and 2D ). Another E. coli isolate cm66, known to produce CTX-M group 9 ESBL and bla TEM enzymes, showed a bla TEM signal but not a bla CTX-M group 1 signal ( FIGS. 2E and F ). Other clinical strains also succeeded in detecting the corresponding gene using each target primer/probe.

검출 민감도Detection sensitivity

본 발명의 프라이머/프로브 세트의 검출 민감도(detection sensitivity)를 확인하고, 더 나아가 dPCR 시스템의 검출 민감도와 원인균 검출을 위해 가장 일반적으로 사용되는 PCR 기반 기술인 TaqMan 실시간 qPCR(qPCR) 분석의 검출 감도를 비교하고자 하였다. The detection sensitivity of the primer/probe set of the present invention is confirmed, and furthermore, the detection sensitivity of the dPCR system and the detection sensitivity of TaqMan real-time qPCR (qPCR) analysis, the most commonly used PCR-based technology for causative bacteria detection, are compared. wanted to

구체적으로, A. baumannii 표준 균주(ATCC 19606)의 게놈 DNA를 50 pg/㎕, 5 pg/㎕, 500 fg/㎕, 50 fg/㎕, 5 fg/㎕, 500 ag/㎕, 50 ag/㎕ 및 5 ag/㎕로 연속 희석하고 dPCR 또는 qPCR 에 적용하였다.Specifically, the genomic DNA of A. baumannii standard strain (ATCC 19606) was subjected to 50 pg/μl, 5 pg/μl, 500 fg/μl, 50 fg/μl, 5 fg/μl, 500 ag/μl, 50 ag/μl and serial dilutions to 5 ag/μl and subjected to dPCR or qPCR.

dPCR 실험은 제조업체의 권장 사항과 이전 연구의 방법론에 따라 QuantStudio 3D 디지털 PCR 시스템(Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 수행되었다. 7.2㎕의 QuantStudio 3D 디지털 PCR Mastermix v2(Thermo)를 포함하는 14.5㎕ 샘플의 최종 부피 1㎕의 게놈 DNA, 0.75㎕의 프라이머/프로브 세트(각각 900nM/250nM의 최종 농도)를 칩 상에 로딩하고 QuantStudio 3D 디지털 칩 로더를 사용하여 밀봉하였다. PCR은 다음 사이클링 프로토콜을 사용하여 GeneAmp PCR 시스템 9700 thermocycler(Applied Biosystems)를 사용하여 수행되었다: 96 ℃에서 10 분, 이어서 60 ℃에서 2 분 및 98 ℃에서 30 초로 45 사이클, 최종 신장은 60 ℃에서 2 분. 증폭 후, 형광 신호를 QuantStudio ™3D 디지털 PCR 소프트웨어 v3.0을 사용하여 분석하였다.dPCR experiments were performed using the QuantStudio 3D digital PCR system (Thermo Fisher Scientific) according to the manufacturer's recommendations and the methodology of previous studies. A final volume of 14.5 μl sample containing 7.2 μl of QuantStudio 3D Digital PCR Mastermix v2 (Thermo) 1 μl of genomic DNA, 0.75 μl of primer/probe set (final concentration of 900 nM/250 nM respectively) was loaded onto the chip and QuantStudio Sealed using a 3D digital chip loader. PCR was performed using a GeneAmp™ PCR System 9700 thermocycler (Applied Biosystems) using the following cycling protocol: 96 °C for 10 min, followed by 45 cycles of 60 °C for 2 min and 98 °C for 30 s, final elongation at 60 °C. 2 minutes. After amplification, the fluorescence signal was analyzed using QuantStudio™3D digital PCR software v3.0.

TaqMan qPCR은 정량적 폴리머라제 반응(Quantitative polymerase reaction)으로서 다음 사이클 프로토콜을 갖는 ViiA ™7 QuantStudio 실시간 PCR 시스템(Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 수행하였다: 95 ℃에서 10 분 동안 초기 변성, 95 ℃에서 10 동안 45 사이클의 증폭, 20 초 동안 60 ℃, 20 초 동안 72℃. 앰플리콘 혼합물은 5㎕의 TaqMan Fast Advanced Master Mix(Applied Biosystems, Waltham, MA), dPCR에 사용된 0.5㎕의 동일한 프라이머/프로브 세트 및 환자의 혈액으로부터 5㎕의 무세포 DNA를 함유하였다. 모든 qPCR 반응을 3 회 수행하였다.TaqMan qPCR was performed as a quantitative polymerase reaction using a ViiA™7 QuantStudio real-time PCR system (Thermo Fisher Scientific) with the following cycle protocol: initial denaturation at 95 °C for 10 min, 95 °C for 10 min. 45 cycles of amplification, 60 °C for 20 s, 72 °C for 20 s. The amplicon mixture contained 5 μl of TaqMan Fast Advanced Master Mix (Applied Biosystems, Waltham, MA), 0.5 μl of the same primer/probe set used for dPCR and 5 μl of cell-free DNA from the patient's blood. All qPCR reactions were performed in triplicate.

그 결과, dPCR에서 검출의 최소 한계는 50ag이고, TaqMan qPCR에서, 검출의 최소 한계는 500fg(도 3B) 인 것을 확인할 수 있었다. 이는 dPCR 분석의 민감도가 TaqMan qPCR 분석의 민감도보다 대략 104 배 더 높음을 나타냈다.As a result, it was confirmed that the minimum limit of detection in dPCR was 50 ag, and in TaqMan qPCR, the minimum limit of detection was 500 fg (FIG. 3B). This indicated that the sensitivity of the dPCR assay was approximately 10 4 times higher than that of the TaqMan qPCR assay.

패혈증 원인균의 이중 식별Double identification of sepsis causative bacteria

단일 방식(singleplex)으로 dPCR 시스템의 성능을 확인한 후, 교차 반응 또는 프라이머/프로브 세트 사이의 간섭없이 이중 반응(duplex) 조건에서 원인균을 특이적으로 검출할 수 있는지 여부를 확인하고자 하였다. After confirming the performance of the dPCR system in a singleplex manner, it was attempted to determine whether the causative agent could be specifically detected in a duplex condition without cross-reaction or interference between primer/probe sets.

구체적으로, 이중 dPCR의 경우, 표적-특이적 프라이머/프로브 세트를 2 개의 상이한 염료(FAM 및 VIC 염료)와 혼합하고 반응 당 각 원인균 게놈 DNA 혼합물 25pg/㎕을 사용하여 dPCR을 수행하였다. Specifically, for dual dPCR, target-specific primer/probe sets were mixed with two different dyes (FAM and VIC dyes) and dPCR was performed using 25 pg/μl of each causative organism genomic DNA mixture per reaction.

그 결과, [도 4]에서 나타나는 바와 같이, uidA 프라이머-VIC 및 lacY 프라이머-FAM 프로브 세트를 사용하면, 이중 반응 조건하에 E. coli DNA에서 uidAlacY 유전자가 모두 명확하게 검출되었다(도 4A). P. aeruginosaK. pneumoniae의 이중 식별을 위해 ecfX 프라이머-FAM 및 phoE 프라이머-VIC 프로브 세트를 적용했다. ecfX-FAM 및 phoE-VIC 신호는 이중 반응 조건에서 명확하게 감지되었다(도 4B). A. baumanniiP. aeruginosa의 이중 식별을 위해 ompA 프라이머-VIC 및 ecfX 프라이머-FAM 프로브 세트를 적용했다. 두 신호는 이중 반응 조건 하에서 명확하게 검출되었다(도 4C). 모든 이중 dPCR 실험에서 간섭은 없었다. 비특이적 증폭을 배제하기 위해, 각각의 프라이머/프로브 세트와 비교할 수 없는 그람 음성 원인균 DNA 사이의 교차 반응성을 확인하였다. 모든 조합에 비 특정 신호가 없었다(데이터는 표시되지 않음). As a result, as shown in [Fig. 4], when the uidA primer-VIC and lacY primer-FAM probe sets were used, both uidA and lacY genes were clearly detected in E. coli DNA under double reaction conditions (Fig. 4A). . For the double identification of P. aeruginosa and K. pneumoniae , the ecfX primer-FAM and phoE primer-VIC probe sets were applied. The ecfX- FAM and phoE -VIC signals were clearly detected in the dual reaction conditions (Fig. 4B). For the double identification of A. baumannii and P. aeruginosa , the ompA primer-VIC and ecfX primer-FAM probe sets were applied. Both signals were clearly detected under double reaction conditions (Fig. 4C). There was no interference in all double dPCR experiments. To exclude non-specific amplification, cross-reactivity between each primer/probe set and incomparable gram-negative causative bacteria DNA was confirmed. There was no non-specific signal for all combinations (data not shown).

또한, blaTEM-type 프라이머-VIC 및 blaCTX-M 그룹 1 프라이머-FAM 프로브를 조합한 이중 dPCR에서, 표적 특이적 신호 모두 blaTEM-type 및 blaCTX-M-15 유전자를 코딩하는 E. coli cm241 DNA로부터 성공적으로 검출되었다(도 4D). blaIMP-type 프라이머-VIC 및 blaNDM-1 프라이머-FAM 프로브의 조합을 갖는 또 다른 이중 dPCR에서, P. aeruginosa cmPA-1 및 E. coli cmEC-1 분리체의 DNA 혼합물로부터 IMP 및 NDM-1 유전자 신호가 성공적으로 검출되었다(도 4E). In addition, in double dPCR combining bla TEM-type primer-VIC and bla CTX-M group 1 primer-FAM probe, E. coli encoding both bla TEM-type and bla CTX-M-15 genes for target-specific signals It was successfully detected from cm241 DNA (Fig. 4D). In another double dPCR with the combination of bla IMP-type primer-VIC and bla NDM-1 primer-FAM probe, IMP and NDM-1 from the DNA mixture of P. aeruginosa cmPA-1 and E. coli cmEC-1 isolates The gene signal was successfully detected ( FIG. 4E ).

종합하면, 5 개의 이중 반응에 의해 9 개의 표적(5 개의 그람 음성 원인균 특이적 표적 및 4 개의 항균성 내성 유전자)이 성공적으로 확인되었다. 혈액 샘플링에서 원인균 식별에 이르기까지 전체 절차 시간을 최소화하기 위해 재료 및 방법에 설명 된대로 이중 dPCR 조건을 통합했다. 따라서, 5 개의 이중 dPCR 반응을 모두 동시에 수행할 수 있고 전체 절차는 3 시간 미만이 소요되었다.Taken together, 9 targets (5 Gram-negative causative bacteria-specific targets and 4 antimicrobial resistance genes) were successfully identified by 5 double reactions. We incorporated dual dPCR conditions as described in Materials and Methods to minimize the overall procedure time from blood sampling to causative agent identification. Therefore, all five double dPCR reactions could be performed simultaneously and the whole procedure took less than 3 hours.

패혈증 환자의 혈액에서 그람 음성 병원균의 검출Detection of gram-negative pathogens in the blood of patients with sepsis

본 발명의 궁극적인 목표는 패혈증 환자의 혈액에서 주요 그람 음성 원인균 및 약물 내성 유전자를 민감하고 신속하게 감지하는 것이다. The ultimate goal of the present invention is to sensitively and rapidly detect major gram-negative causative organisms and drug resistance genes in the blood of sepsis patients.

구체적으로, 15 명의 열이 나는(ferbile) 환자 각각의 중앙(central vessels, C) 또는 말초 혈관(peripheral vessels, P)으로부터 총 30 개의 전혈 샘플을 수집하였다. 가톨릭 의료 센터의 기관 검토위원회(IRB no : KC16TNSI0999)의 승인하에 서울 성모 병원에서 4 개의 패혈증 음성 혈액 샘플을 음성 대조군으로 수집했다. 5㎖의 전혈을 1,200g에서 5 분 동안 원심 분리하여 혈장을 분리하였다. 혈장으로부터의 무세포 DNA(cfDNA)를 QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit(Qiagen, Venlo, Netherlands)를 사용하여 추출하였다. cfDNA 샘플과 함께 QuantStudio 3D 디지털 PCR 시스템을 사용하여 전술한 동일한 dPCR 공정을 수행하였다. 총 30 개의 무세포 DNA 샘플을 이중 dPCR(샘플 당 5 개의 이중 반응)에 적용하였다. 분석 결과는 하기 [표 3]에 나타냈으며, 이는 양성(positive)으로 나타난 패혈증 원인균 내지 이의 항균제 내성 유전자를 나타낸다. ‘-’ 또는 음성(negative)은 어떤 유전자도 검출되지 않은 것을 의미한다. Specifically, a total of 30 whole blood samples were collected from central vessels (C) or peripheral vessels (P) of each of 15 ferbile patients. Four sepsis-negative blood samples were collected as negative controls at St. Mary's Hospital in Seoul under the approval of the Institutional Review Board of the Catholic Medical Center (IRB no: KC16TNSI0999). Plasma was separated by centrifuging 5 ml of whole blood at 1,200 g for 5 minutes. Cell-free DNA (cfDNA) from plasma was extracted using the QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit (Qiagen, Venlo, Netherlands). The same dPCR process described above was performed using the QuantStudio 3D digital PCR system with cfDNA samples. A total of 30 cell-free DNA samples were subjected to duplicate dPCR (5 duplicate reactions per sample). The analysis results are shown in [Table 3] below, which indicates a positive (positive) causative agent of sepsis or its antimicrobial resistance gene. A '-' or negative means that no gene was detected.

혈액 샘플blood sample dPCRdPCR TaqMan PCRTaqMan PCR 혈액 배양blood culture 6-C6-C ecfXecfX blabla IMP-typeIMP-type ecfX, bla IMP-type ecfX , bla IMP-type 음성voice 6-P6-P ecfXecfX blabla IMP-typeIMP-type ecfX, bla IMP-type ecfX , bla IMP-type P. aeruginosa , bla IMP-type P. aeruginosa , bla IMP-type 18-C18-C uidA, lacY uidA , lacY bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
uidA, lacY, bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
uidA , lacY , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
18-P18-P uidA, lacY uidA , lacY bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
uidA, lacY, bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
uidA , lacY , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
22-C22-C uidA, lacY uidA , lacY bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
-- E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
22-P22-P uidA, lacY uidA , lacY bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
-- 음성voice
36-C36-C phoEphoE -- -- K. pneumoniaeK. pneumoniae 36-P36-P phoEphoE -- -- K. pneumoniaeK. pneumoniae 67-C67-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY 음성voice 67-P67-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY 음성voice 78-C78-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 78-P78-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 93-C93-C uidA, lacY uidA , lacY -- -- E. coliE. coli 93-P93-P uidA, lacY uidA , lacY -- -- E. coliE. coli 96-C96-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 96-P96-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 100-C100-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY 음성voice 100-P100-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY 음성voice 102-C102-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 102-P102-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 107-C107-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 107-P107-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 109-C109-C uidA, lacY uidA , lacY bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
uidA, lacY, bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
uidA , lacY , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
109-P109-P uidA, lacY uidA , lacY bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
bla TEM-type , bla CTX-M
group 1
uidA, lacY, bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
uidA , lacY , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
E. coli , bla TEM-type ,
bla CTX-M group 1
116-C116-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 116-P116-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 117-C117-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 117-P117-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY 음성voice 119-C119-C uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coliE. coli 119-P119-P uidA, lacY uidA , lacY -- uidA, lacY uidA , lacY E. coli E. coli sheep

분석 결과, 혈액 샘플 중 23 개는 배양 양성(E. coli에 대해 20 개, K. pnuemoniae에 대해 2 개, P. aeruginosa에 대해 1 개)이었다. 모든 배양 양성 원인균은 이중 dPCR에 의해 일관되게 검출되었다. 다른 7 개의 배양 음성 샘플은 이중 dPCR(6 개의 E. coli에 및 1 개의 P. aeruginosa)에서 원인균 특이적 신호를 나타냈다. 항균 내성 유전자와 관련하여서는, 8 개의 샘플이 이중 dPCR 분석에 의해 유전자를 갖는 것으로 밝혀졌다(blaTEM-1 및 blaCTX-M 그룹 1 유전자 6 개 및 blaIMP-type 유전자 2 개). 이중 dPCR에 의해 확인된 8 개의 저항성 유전자 중 7 개는 배양 및 TaqMan PCR 분석에 의해 일관되게 식별되었다.As a result of the analysis, 23 of the blood samples were culture positive (20 for E. coli , 2 for K. pnuemoniae , 1 for P. aeruginosa ). All culture-positive causative organisms were consistently detected by double dPCR. The other 7 culture negative samples showed causative agent-specific signals in double dPCR (6 E. coli and 1 P. aeruginosa ). Regarding the antibacterial resistance gene, 8 samples were found to have genes by double dPCR analysis (6 genes bla TEM-1 and bla CTX-M group 1 and 2 genes bla IMP-type ). Seven of the eight resistance genes identified by double dPCR were consistently identified by culture and TaqMan PCR analysis.

또한, [도 5]에서 나타나는 바와 같이, [도 5]의 A-C는 환자의 혈액 샘플(18-C, 6-C 및 36-C)에서 dPCR에 의해 확인된 E. coli(uidAlacY 유전자), P. aeruginosa(ecfX) 및 K. pnuemoniae(phoE)의 예를 나타낸다. 비교를 위해, 동일한 샘플에 대해 실시간 PCR 분석도 수행되었다. TaqMan PCR 분석에서 24 개는 원인균 양성(E. coli은 22 개, P. aeruginosa은 2 개)으로 이중 dPCR에 의해 일관되게 검출되었다. 그러나, TaqMan PCR에 의해 음성인 6 개의 샘플 중 5 개는 혈액 배양 양성이었고, 이는 TaqMan PCR 분석의 검출 감도가 배양 분석의 검출 감도보다 낮을 수 있음을 의미한다.In addition, as shown in [Fig. 5], the AC in [Fig. 5] is E. coli ( uidA and lacY genes) identified by dPCR in patient blood samples (18-C, 6-C and 36-C). , P. aeruginosa ( ecfX ) and K. pnuemoniae ( phoE ) are shown. For comparison, real-time PCR analysis was also performed on the same sample. In TaqMan PCR analysis, 24 were positive for the causative agent (22 for E. coli and 2 for P. aeruginosa ) and were consistently detected by double dPCR. However, 5 out of 6 samples negative by TaqMan PCR were blood culture positive, meaning that the detection sensitivity of the TaqMan PCR assay may be lower than that of the culture assay.

하나의 샘플(22-P)의 유전자는 배양 또는 실시간 PCR에 의해 검출되지 않았으나 이중 dPCR에 의해 검출되었다. [도 5]의 D-F는 이중 dPCR에 의해 환자의 혈액 샘플 (각각 18-C, 6-C 및 36-C)로부터 동정된 항균 내성 유전자의 예를 나타낸다. 18-C 샘플에서, blaTEM-1 및 blaCTX-M 그룹 1 유전자 모두 명확하게 검출되었다(도 5D). 6-C 샘플에서, blaIMP-type 유전자가 검출되었다(도 5E). 36-C 샘플에서, 이중 dPCR에 의해 항균성 내성 유전자가 검출되지 않았다(도 5F). 또한, 패혈증이 없는 개인의 혈액 샘플을 음성 대조군으로 조사했을 때 이중 dPCR, TaqMan PCR 및 배양에 의한 원인균 특이적 신호가 나타나지 않는 것을 확인하였다.The gene of one sample (22-P) was not detected by incubation or real-time PCR but was detected by double dPCR. DF of FIG. 5 shows examples of antimicrobial resistance genes identified from blood samples of patients (18-C, 6-C and 36-C, respectively) by double dPCR. In the 18-C sample, both bla TEM-1 and bla CTX-M group 1 genes were clearly detected ( FIG. 5D ). In the 6-C sample, the bla IMP-type gene was detected ( FIG. 5E ). In the 36-C sample, no antimicrobial resistance gene was detected by double dPCR (Fig. 5F). In addition, it was confirmed that the causative bacteria-specific signal by double dPCR, TaqMan PCR and culture did not appear when blood samples from individuals without sepsis were irradiated as a negative control.

SEQUENCE LISTING <110> CATHOLIC UNIVERSITY INDUSTRY ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION <120> Composition for detecting pathogen of sepsis and uses thereof <130> 1072100 <160> 27 <170> PatentIn version 3.2 <210> 1 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> A. baumanii_ompA_F <400> 1 acgtagttct tggtggtcac ttga 24 <210> 2 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> A. baumanii_ompA_R <400> 2 aggtcttcag ttaactcttg tggttgt 27 <210> 3 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> A. baumanii_ompA_P <400> 3 ctcctgtagt agaagttg 18 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> E. coli_uidA_F <400> 4 gggcgaacag ttcctgatca 20 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> E. coli_uidA_R <400> 5 tcatgacgac caaagccagt aa 22 <210> 6 <211> 16 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> E. coli_uidA_P <400> 6 ccacaaaccg ttctac 16 <210> 7 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> E. coli_lacY_F <400> 7 ctggtctgtt tctgcttctt taagc 25 <210> 8 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> E. coli_lacY_R <400> 8 tgcccgccag tacagaca 18 <210> 9 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> E. coli_lacY_P <400> 9 actggcgatg atttt 15 <210> 10 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> K. pneumoniae_phoE_F <400> 10 tgcagtacca gggtaaaaac ga 22 <210> 11 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> K. pneumoniae_phoE_R <400> 11 cgccgtcgcc gttct 15 <210> 12 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> K. pneumoniae_phoE_P <400> 12 ccgtgaagcg aagaa 15 <210> 13 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> P. aeruginosa_ecfX_F <400> 13 ccgcgcgcat ttctttt 17 <210> 14 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> P. aeruginosa_ecfX_R <400> 14 ccaatggtcg cgcaaca 17 <210> 15 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> P. aeruginosa_ecfX_P <400> 15 cagatcgccc gcaac 15 <210> 16 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaTEM-type_F <400> 16 tgctgccata accatgagtg a 21 <210> 17 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaTEM-type_R <400> 17 ggtcctccga tcgttgtca 19 <210> 18 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaTEM-type_P <400> 18 tgctgccaac ttact 15 <210> 19 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaCTX-M group 1_F <400> 19 gacgctgggt aaagcattgg 20 <210> 20 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaCTX-M group 1_R <400> 20 ggtattgcct ttcatccatg tca 23 <210> 21 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaCTX-M group 1_P <400> 21 acagccaacg ggc 13 <210> 22 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaNDM-1_F <400> 22 gaccgcccag atcctcaa 18 <210> 23 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaNDM-1_R <400> 23 cgcgaccggc aggtt 15 <210> 24 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaNDM-1_P <400> 24 tggatcaagc aggagat 17 <210> 25 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaIMP-type_F <400> 25 cgatctatcc ccacgtatgc a 21 <210> 26 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaIMP-type_R <400> 26 ggcttgaacc ttaccgtctt ttt 23 <210> 27 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> blaIMP-type_P <400> 27 ctgaattaac aaatgaactg c 21 SEQUENCE LISTING <110> CATHOLIC UNIVERSITY INDUSTRY ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION <120> Composition for detecting pathogen of sepsis and uses thereof <130> 1072100 <160> 27 <170> PatentIn version 3.2 <210> 1 <211> 24 <212> DNA <213> <220> <223> A. baumanii_ompA_F <400> 1 acgtagttct tggtggtcac ttga 24 <210> 2 <211> 27 <212> DNA <213> <220> <223> A. baumanii_ompA_R <400> 2 aggtcttcag ttaactcttg tggttgt 27 <210> 3 <211> 18 <212> DNA <213> <220> <223> A. baumanii_ompA_P <400> 3 ctcctgtagt agaagttg 18 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> <220> <223> E. coli_uidA_F <400> 4 gggcgaacag ttcctgatca 20 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> <220> <223> E. coli_uidA_R <400> 5 tcatgacgac caaagccagt aa 22 <210> 6 <211> 16 <212> DNA <213> <220> <223> E. coli_uidA_P <400> 6 ccacaaaccg ttctac 16 <210> 7 <211> 25 <212> DNA <213> <220> <223> E. coli_lacY_F <400> 7 ctggtctgtt tctgcttctt taagc 25 <210> 8 <211> 18 <212> DNA <213> <220> <223> E. coli_lacY_R <400> 8 tgcccgccag tacagaca 18 <210> 9 <211> 15 <212> DNA <213> <220> <223> E. coli_lacY_P <400> 9 actggcgatg atttt 15 <210> 10 <211> 22 <212> DNA <213> <220> <223> K. pneumoniae_phoE_F <400> 10 tgcagtacca gggtaaaaac ga 22 <210> 11 <211> 15 <212> DNA <213> <220> <223> K. pneumoniae_phoE_R <400> 11 cgccgtcgcc gttct 15 <210> 12 <211> 15 <212> DNA <213> <220> <223> K. pneumoniae_phoE_P <400> 12 ccgtgaagcg aagaa 15 <210> 13 <211> 17 <212> DNA <213> <220> <223> P. aeruginosa_ecfX_F <400> 13 ccgcgcgcat ttctttt 17 <210> 14 <211> 17 <212> DNA <213> <220> <223> P. aeruginosa_ecfX_R <400> 14 ccaatggtcg cgcaaca 17 <210> 15 <211> 15 <212> DNA <213> <220> <223> P. aeruginosa_ecfX_P <400> 15 cagatcgccc gcaac 15 <210> 16 <211> 21 <212> DNA <213> <220> <223> blaTEM-type_F <400> 16 tgctgccata accatgagtg a 21 <210> 17 <211> 19 <212> DNA <213> <220> <223> blaTEM-type_R <400> 17 ggtcctccga tcgttgtca 19 <210> 18 <211> 15 <212> DNA <213> <220> <223> blaTEM-type_P <400> 18 tgctgccaac ttact 15 <210> 19 <211> 20 <212> DNA <213> <220> <223> blaCTX-M group 1_F <400> 19 gacgctgggt aaagcattgg 20 <210> 20 <211> 23 <212> DNA <213> <220> <223> blaCTX-M group 1_R <400> 20 ggtattgcct ttcatccatg tca 23 <210> 21 <211> 13 <212> DNA <213> <220> <223> blaCTX-M group 1_P <400> 21 acagccaacg ggc 13 <210> 22 <211> 18 <212> DNA <213> <220> <223> blaNDM-1_F <400> 22 gaccgcccag atcctcaa 18 <210> 23 <211> 15 <212> DNA <213> <220> <223> blaNDM-1_R <400> 23 cgcgaccggc aggtt 15 <210> 24 <211> 17 <212> DNA <213> <220> <223> blaNDM-1_P <400> 24 tggatcaagc aggagat 17 <210> 25 <211> 21 <212> DNA <213> <220> <223> blaIMP-type_F <400> 25 cgatctatcc ccacgtatgc a 21 <210> 26 <211> 23 <212> DNA <213> <220> <223> blaIMP-type_R <400> 26 ggcttgaacc ttaccgtctt ttt 23 <210> 27 <211> 21 <212> DNA <213> <220> <223> blaIMP-type_P <400> 27 ctgaattaac aaatgaactg c 21

Claims (16)

서열번호 13 의 염기서열 및 서열번호 14 의 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍으로 이루어진 제5프라이머 세트;
를 포함하는 패혈증 원인균 검출용 조성물.
a fifth primer set consisting of a pair of primers including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 13 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14;
A composition for detecting sepsis causative bacteria comprising a.
제1항에 있어서, 상기 프라이머 세트는 PCR(polymerase chain reaction)에 사용되는 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출용 조성물.
The composition of claim 1, wherein the primer set is used for polymerase chain reaction (PCR).
제2항에 있어서, 상기 PCR은 정량적 PCR(quantitative PCR, qPCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(Reverse Transcription PCR, RT-PCR), 고체상 PCR(Solid Phase PCR), 경쟁적 PCR(Competitive PCR), 오버랩 PCR(Overlap-extension PCR), 멀티플렉스 PCR(Multiplex PCR), 네스티드 PCR(Nested PCR), 역 PCR(Inverse PCR), 라이게이션-연관 PCR(Ligation-mediated PCR), ISSR(Intersequence-specific PCR), 메틸화-특이 PCR(Methylation-specific PCR, MSP), 콜로니 PCR(colony PCR), 미니프라이머 PCR(Miniprimer PCR), 나노 PCR(Nanoparticle-Assisted PCR, nanoPCR), TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR), 터치다운 PCR(Touchdown(Step-down) PCR), 핫 스타트 PCR(Hot start PCR), 인-실리코 PCR(In silico PCR), 대립유전자 특이 PCR(allele-specific PCR), 어셈블리 PCR(Assembly PCR), 비대칭 PCR(asymmetric PCR), 다이알-아웃 PCR(Dial-out PCR), 디지털 PCR(Digital PCR, dPCR) 및 헬리카제-의존형 증폭 기술(helicasedependent amplification)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출용 조성물.
According to claim 2, wherein the PCR is quantitative PCR (quantitative PCR, qPCR), real-time PCR (real-time PCR), reverse transcription PCR (Reverse Transcription PCR, RT-PCR), solid phase PCR (Solid Phase PCR), competitive PCR ( Competitive PCR), Overlap-extension PCR, Multiplex PCR, Nested PCR, Inverse PCR, Ligation-mediated PCR, ISSR ( Intersequence-specific PCR), Methylation-specific PCR (MSP), Colony PCR (colony PCR), Miniprimer PCR (Miniprimer PCR), Nanoparticle-Assisted PCR (nanoPCR), TAIL-PCR (Thermal asymmetric interlaced PCR), Touchdown (Step-down) PCR, Hot start PCR, In silico PCR, Allele-specific PCR, Assembly PCR (Assembly PCR), asymmetric PCR (asymmetric PCR), dial-out PCR (Dial-out PCR), digital PCR (Digital PCR, dPCR) and helicase- any one selected from the group consisting of amplification technology (helicasedependent amplification) A composition for detecting the causative bacteria of sepsis, characterized in that the above.
제1항에 있어서, 상기 패혈증 원인균은 아시네토박터 바우마니균(Acinetobacter baumannii), 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli), 크렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 시겔라 소이네(Shigella sonnei), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus), 클로스트리디움 퍼프린젠스(Clostridium perfringens), 엔테로코커스 페칼리스(Enterococcus faecalis), 살모넬라 엔테라이티디스(Salmonella enteritidis) 및 캄필로박터 제주니(Campylobacter jejuni) 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출용 조성물.
According to claim 1, wherein the causative bacteria of sepsis is Acinetobacter baumannii , Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae , Pseudomonas aeruginosa , Shigella sonnei ( Shigella sonnei ), Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus ), Streptococcus pyogenes ), Bacillus cereus ( Bacillus cereus ), Clostridium perfringens ( Clostridium perfringens ), Caucus faecalis ( Enterococcus faecalis ), Salmonella enteritidis ( Salmonella enteritidis ) and Campylobacter jejuni ( Campylobacter jejuni ) A composition for detecting sepsis causative bacteria, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서, 상기 조성물의 검출한계는 1 ag/㎕ 내지 500 fg/㎕ 인 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출용 조성물.
[Claim 2] The composition for detecting sepsis causative bacteria according to claim 1, wherein the detection limit of the composition is 1 ag/μl to 500 fg/μl.
제1항에 있어서, 상기 제5프라이머 세트는 추가적으로 서열번호 15 의 염기서열을 포함하는 프로브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출용 조성물.
The method of claim 1, wherein the fifth primer set further comprises: a probe comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15;
A composition for detecting sepsis causative bacteria comprising a.
제1항의 조성물과, PCR 증폭 반응을 위한 시약을 포함하는 패혈증 원인균 검출용 키트.
A kit for detecting sepsis causative bacteria comprising the composition of claim 1 and a reagent for the PCR amplification reaction.
제7항에 있어서, 상기 PCR은 정량적 PCR(quantitative PCR, qPCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(Reverse Transcription PCR, RT-PCR), 고체상 PCR(Solid Phase PCR), 경쟁적 PCR(Competitive PCR), 오버랩 PCR(Overlap-extension PCR), 멀티플렉스 PCR(Multiplex PCR), 네스티드 PCR(Nested PCR), 역 PCR(Inverse PCR), 라이게이션-연관 PCR(Ligation-mediated PCR), ISSR(Intersequence-specific PCR), 메틸화-특이 PCR(Methylation-specific PCR, MSP), 콜로니 PCR(colony PCR), 미니프라이머 PCR(Miniprimer PCR), 나노 PCR(Nanoparticle-Assisted PCR, nanoPCR), TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR), 터치다운 PCR(Touchdown(Step-down) PCR), 핫 스타트 PCR(Hot start PCR), 인-실리코 PCR(In silico PCR), 대립유전자 특이 PCR(allele-specific PCR), 어셈블리 PCR(Assembly PCR), 비대칭 PCR(asymmetric PCR), 다이알-아웃 PCR(Dial-out PCR), 디지털 PCR(Digital PCR, dPCR) 및 헬리카제-의존형 증폭 기술(helicasedependent amplification)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출용 키트.
According to claim 7, wherein the PCR is quantitative PCR (quantitative PCR, qPCR), real-time PCR (real-time PCR), reverse transcription PCR (Reverse Transcription PCR, RT-PCR), solid phase PCR (Solid Phase PCR), competitive PCR ( Competitive PCR), Overlap-extension PCR, Multiplex PCR, Nested PCR, Inverse PCR, Ligation-mediated PCR, ISSR ( Intersequence-specific PCR), Methylation-specific PCR (MSP), Colony PCR (colony PCR), Miniprimer PCR (Miniprimer PCR), Nanoparticle-Assisted PCR (nanoPCR), TAIL-PCR (Thermal asymmetric interlaced PCR), Touchdown (Step-down) PCR, Hot start PCR, In silico PCR, Allele-specific PCR, Assembly PCR (Assembly PCR), asymmetric PCR (asymmetric PCR), dial-out PCR (Dial-out PCR), digital PCR (Digital PCR, dPCR) and helicase- any one selected from the group consisting of amplification technology (helicasedependent amplification) A kit for detecting bacteria causing sepsis, characterized in that the above.
i) 패혈증 의심 개체로부터 생물학적 시료를 수득하는 단계;
ii) 상기 단계 i)에서 수득한 생물학적 시료로부터 무세포 DNA(cell free DNA)를 분리하는 단계; 및
iii) 상기 단계 ii)에서 수득한 무세포 DNA와 상기 제1항의 조성물을 이용하여 패혈증 원인균을 검출하는 단계;
를 포함하는 패혈증 원인균 검출방법.
i) obtaining a biological sample from a subject suspected of sepsis;
ii) isolating cell free DNA from the biological sample obtained in step i); and
iii) detecting a bacterium causing sepsis using the cell-free DNA obtained in step ii) and the composition of claim 1;
Sepsis causative bacteria detection method comprising a.
제9항에 있어서, 상기 단계 i)의 생물학적 시료는 혈액, 소변, 뇌척수액 및 타액 으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출방법.
The method according to claim 9, wherein the biological sample of step i) is at least one selected from the group consisting of blood, urine, cerebrospinal fluid and saliva.
제10항에 있어서, 상기 혈액은 개체의 중앙 혈관(central vessels) 또는 말초 혈관(peripheral vessels)으로부터 수득된 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출방법.
The method according to claim 10, wherein the blood is obtained from central vessels or peripheral vessels of an individual.
제9항에 있어서, 상기 단계 iii)의 검출은 PCR(polymerase chain reaction)을 이용하여 검출하는 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출방법.
[10] The method of claim 9, wherein the detection of step iii) is performed using PCR (polymerase chain reaction).
제12항에 있어서, 상기 PCR은 정량적 PCR(quantitative PCR, qPCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(Reverse Transcription PCR, RT-PCR), 고체상 PCR(Solid Phase PCR), 경쟁적 PCR(Competitive PCR), 오버랩 PCR(Overlap-extension PCR), 멀티플렉스 PCR(Multiplex PCR), 네스티드 PCR(Nested PCR), 역 PCR(Inverse PCR), 라이게이션-연관 PCR(Ligation-mediated PCR), ISSR(Intersequence-specific PCR), 메틸화-특이 PCR(Methylation-specific PCR, MSP), 콜로니 PCR(colony PCR), 미니프라이머 PCR(Miniprimer PCR), 나노 PCR(Nanoparticle-Assisted PCR, nanoPCR), TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR), 터치다운 PCR(Touchdown(Step-down) PCR), 핫 스타트 PCR(Hot start PCR), 인-실리코 PCR(In silico PCR), 대립유전자 특이 PCR(allele-specific PCR), 어셈블리 PCR(Assembly PCR), 비대칭 PCR(asymmetric PCR), 다이알-아웃 PCR(Dial-out PCR), 디지털 PCR(Digital PCR, dPCR) 및 헬리카제-의존형 증폭 기술(helicasedependent amplification)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 패혈증 원인균 검출방법.
According to claim 12, wherein the PCR is quantitative PCR (quantitative PCR, qPCR), real-time PCR (real-time PCR), reverse transcription PCR (Reverse Transcription PCR, RT-PCR), solid phase PCR (Solid Phase PCR), competitive PCR ( Competitive PCR), Overlap-extension PCR, Multiplex PCR, Nested PCR, Inverse PCR, Ligation-mediated PCR, ISSR ( Intersequence-specific PCR), Methylation-specific PCR (MSP), Colony PCR (colony PCR), Miniprimer PCR (Miniprimer PCR), Nanoparticle-Assisted PCR (nanoPCR), TAIL-PCR (Thermal asymmetric interlaced PCR), Touchdown (Step-down) PCR, Hot start PCR, In silico PCR, Allele-specific PCR, Assembly PCR (Assembly PCR), asymmetric PCR (asymmetric PCR), dial-out PCR (Dial-out PCR), digital PCR (Digital PCR, dPCR) and helicase- any one selected from the group consisting of amplification technology (helicasedependent amplification) Sepsis causative bacteria detection method, characterized in that the above.
제1항의 조성물을 포함하는 패혈증 진단 또는 예후 예측용 조성물.
A composition for diagnosing sepsis or predicting a prognosis comprising the composition of claim 1.
제14항의 조성물과, PCR 증폭 반응을 위한 시약을 포함하는 패혈증 진단 또는 예후 예측용 키트.
A kit for diagnosing sepsis or predicting prognosis, comprising the composition of claim 14 and a reagent for PCR amplification.
i) 패혈증 의심 개체로부터 생물학적 시료를 수득하는 단계;
ii) 상기 단계 i)에서 수득한 생물학적 시료로부터 무세포 DNA(cell free DNA)를 분리하는 단계; 및
iii) 상기 단계 ii)에서 수득한 무세포 DNA와 상기 제1항의 조성물을 이용하여 패혈증 원인균을 검출하는 단계;
를 포함하는 패혈증 진단 또는 예후 예측을 위한 정보제공방법.
i) obtaining a biological sample from a subject suspected of sepsis;
ii) isolating cell free DNA from the biological sample obtained in step i); and
iii) detecting a bacterium causing sepsis using the cell-free DNA obtained in step ii) and the composition of claim 1;
Information providing method for sepsis diagnosis or prognosis prediction comprising a.
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