KR20230068483A - A biomarker specific for Cronobacter sakazakii, a kit and a method for ditection Cronobacter sakazakii using the biomarker - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식중독 유발균인 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)에 특이적인 바이오마커 및 상기 바이오마커를 이용한 크로노박터 사카자키의 검출 키트 및 이의 검출 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a biomarker specific for Cronobacter sakazakii, a food poisoning-causing bacterium, and a detection kit for Cronobacter sakazakii using the biomarker and a method for detecting the same.
Description
본 발명은 식중독 유발균인 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)에 특이적인 바이오마커 및 상기 바이오마커를 이용한 크로노박터 사카자키의 검출 키트 및 이의 검출 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a biomarker specific for Cronobacter sakazakii, a food poisoning-causing bacterium, and a detection kit for Cronobacter sakazakii using the biomarker and a method for detecting the same.
비교유전체학은 다양한 종의 생물학적 정보 비교이다. 원래 종의 진화적 특성을 식별하기 위해 사용되었으며 최근에는 공중보건, 의료 및 식품산업(마카로바, 슬레사레프, 늑대, 소로킨, 미르킨, 쿠닌 등, 2006) 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 다양한 박테리아 변종에서 공개적으로 입수할 수 있는 전체 게놈 염기서열 데이터가 등록되었으며, 이 정보는 다양한 연구 분야에서 사용될 수 있다(Makarova, Slesarev, Wolf, Sorokin, Mirkin, Koonin, et al., 2006). 이러한 연구를 위해, 팬 게놈 분석은 모든 변종이 공유하는 핵심 게놈과 모든 변종이 아닌 하나 이상의 변종이 공유하는 부속 게놈을 식별하는 데 널리 적용되어 왔다(Tettelin, Riley, Cattuto, & Medini, 2008). 분석된 게놈 데이터는 3종 이상의 핵심 게놈이 확실히 나뉘었는지 아닌지를 식별하기 위해 더욱 시각화된다. 이러한 장점으로부터 비교유전체학을 기반으로 한 팬 게놈 분석은 식품산업, 특히 식품 매개 병원균의 예방 및 치료 전략 개발에 응용할 수 있는 무한한 가능성을 가지고 있다 (Kim, Gu, Kim, & Lee, 2020). 예를 들어, 식품 매개 병원균을 신속하게 탐지하기 위해 널리 사용되어 온 중합효소 연쇄 반응(PCR) 분석에 적용할 수 있다. 프라이머 설계는 PCR 분석 중에 DNA의 특정 대상이 증폭되기 때문에 PCR 분석에서 가장 중요한 부분이 될 수 있다. 이와 관련하여 최근 팬 게놈 분석을 기반으로 프라이머를 개발하려는 시도가 몇 차례 보고되었다(Gonzales-Siles, Karlsson, Schmidt, Salv-Serra, Jan-Luchoro, Skovbjerg, et al., 2020; Kwon, Lee, Park, & Kim, 2021). Comparative genomics is the comparison of biological information of different species. Originally used to identify evolutionary characteristics of species, it has recently been applied to various fields such as public health, medical and food industries (Makarova, Slesarev, Wolf, Sorokin, Mirkin, Kunin et al., 2006). Publicly available whole-genome sequence data from various bacterial strains have been registered, and this information can be used in a variety of research fields (Makarova, Slesarev, Wolf, Sorokin, Mirkin, Koonin, et al., 2006). For these studies, pan genome analysis has been widely applied to identify a core genome shared by all variants and an accessory genome shared by one or more but not all variants (Tettelin, Riley, Cattuto, & Medini, 2008). The analyzed genomic data is further visualized to identify whether three or more core genomes are clearly divided or not. From these advantages, comparative genomics-based pan genome analysis has infinite potential for application in the food industry, especially in the development of prevention and treatment strategies for foodborne pathogens (Kim, Gu, Kim, & Lee, 2020). For example, it can be applied to the polymerase chain reaction (PCR) assay, which has been widely used for rapid detection of foodborne pathogens. Primer design can be the most important part of a PCR assay since specific targets of DNA are amplified during the PCR assay. In this regard, several recent attempts to develop primers based on pan genome analysis have been reported (Gonzales-Siles, Karlsson, Schmidt, Salv. —Serra, Ja n-Luchoro, Skovbjerg, et al., 2020; Kwon, Lee, Park, & Kim, 2021).
크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii) 균은 그람 음성, 선택적 혐기성, 비-스포어(spore) 형성 박테리아이다. 이전에는 오랫동안 엔테로박터 사카자키균으로 분류되었으나, 크로노박터 사카자키균으로 이름이 바뀌었다. 상기 병원체는 삼투압에 대한 내성이 높아 수분 부족 환경(0.3-0.85 aw)에서 길게는 몇 년 동안 생존 및 증식할 수 있다(Du, Wang, Dong, Li, & Wang, 2018). 또한, C. sakazakii는 스테인리스 또는 폴리염화비닐(PVC) 표면에 바이오 필름을 형성할 수 있어 항균 개입에 더 강하다(Ling, Forsyte, Wu, Ding, Zhang, & Zeng, 2020). 또한 다른 재료, 제조 시설, 포장재 및 손의 교차 오염은 C. Sakazakii의 전염이 가능하다(Lou, Si, Yu, Qi, Liu, & Fang, 2014). 이와 관련하여 분말 영아용 분유(PIF)는 오랫동안 C. Sakazakii 감염의 일반적인 매개체로 간주되어 왔다(Ha & Kang, 2014). PIF는 가공 중에 저온 살균되지만, 최소한의 가공은 높은 영양 품질의 관점에서 선호된다. 또한 열처리 후 일부 열에 취약한 성분이 추가되어 C. Sakazakii의 오염원이 될 수 있다. 이와 관련하여 1958년부터 현재까지 많은 국가에서 사카자키균 감염과 관련된 발병이 보고되었다(Henry & Fouladkhah, 2019). 신생아와 유아는 30-80%의 사망률을 초래하여 C. Sakazakii감염에 매우 취약하다는 것은 잘 알려져 있다. 신생아 뇌수막염과 괴사성 장염은 일부 환자를 사망에 이르게 하는 사카자키 감염에 의한 심각한 질환이다(Hunter & Bean, 2013). 따라서 PIF를 포함한 식품 샘플에서 사카자키균을 신속하고 선택적으로 검출하는 것이 중요하다. Cronobacter sakazakii is a Gram-negative, selective anaerobic, non-spore forming bacterium. Previously classified as Enterobacter sakazaki for a long time, the name was changed to Chronobacter sakazaki. The pathogen is highly resistant to osmotic pressure and can survive and proliferate for several years in a water-poor environment (0.3-0.85 aw) (Du, Wang, Dong, Li, & Wang, 2018). In addition, C. sakazakii can form biofilms on stainless or polyvinyl chloride (PVC) surfaces, making them more resistant to antimicrobial intervention (Ling, Forsyte, Wu, Ding, Zhang, & Zeng, 2020). In addition, cross-contamination of other materials, manufacturing facilities, packaging materials, and hands can transmit C. Sakazakii (Lou, Si, Yu, Qi, Liu, & Fang, 2014). In this regard, powdered infant formula (PIF) has long been considered a common vector of C. Sakazakii infection (Ha & Kang, 2014). PIF is pasteurized during processing, but minimal processing is preferred in view of high nutritional quality. In addition, some components vulnerable to heat are added after heat treatment, which can become a source of contamination of C. Sakazakii . In this regard, outbreaks related to Sakazaki infection have been reported in many countries from 1958 to the present (Henry & Fouladkhah, 2019). It is well known that neonates and infants are highly susceptible to C. sakazakii infection, resulting in a mortality rate of 30-80%. Neonatal meningitis and necrotizing enterocolitis are serious diseases caused by Sakazaki infection that cause death in some patients (Hunter & Bean, 2013). Therefore, it is important to rapidly and selectively detect Sakazakii in food samples containing PIF.
다양한 유형의 C. Sakazakii 검출 방법이 보고되었다. 엔테로박테리아과 농축(EE), E. Sakazakii 선별 브로쓰(broth)(ESSB), 변형 라우릴 황산염 브로쓰(mLST) 등 여러 농축 브로쓰를 농축 단계에 사용할 수 있다(Iversen & Forsyte, 2007). 그 후 Druggan-Forsythe-Iversen Agar(DFI), R&F Agar(R&F Agar), 및 CCI(Chromogenic Cronobacter Isolation)와 같은 선택적 배지를 분화에 사용할 수 있다(Iversen, Druggan, & Forsy, 2004). API 키트 또는 Vitek 검사와 같은 생화학적 테스트와 함께 농축 후 선택 배지에서 배양하는 것이 통상적으로 사용되어 왔으나, 이러한 방법은 C. sakazakii와 Enterobacter spp. 사이의 유사한 생화학적 특성 때문에 노동력이 높을 뿐만 아니라 선택성도 낮다. 원래, 미국 식품의약국(US FDA)은 5-7일 걸리는 PIF에서 사카자키균을 검출하기 위해 브로쓰와 선택적 한천 배지를 사용하는 방법을 제안했으나, 이는 시간이 오래 소요되고 노동력이 높다. 또한, 검출 기간이 길고 특이성이 낮다는 한계로 인해 미국 FDA는 실시간 PCR 기반 검사와 발색 한천을 혼입하도록 프로토콜을 개정하였다(미국 FDA, 2021). 개정된 프로토콜에서 실시간 PCR은 선별뿐만 아니라 확인에도 사용된다. Lampel & Chen (2009)은 이 새로운 FDA 방법이 높은 수준의 병원균과 낮은 수준의 병원균 검출에 적용 가능하다고 확인했다. 따라서 실시간 PCR 분석은 PIF에서 C. sakazakii를 검출하는 데 널리 사용되어 왔다. 위에서 언급한 바와 같이 프라이머 설계는 PCR 분석에서 가장 중요한 부분으로, 검출을 민감하고 선택적으로 만든다(Sun, Wang, Wang, Cao, He, Li, et al., 2012). 하지만, 비교 유전학에 기초한 C. sakazakii의 프라이머 설계는 현재까지 보고되지 않았다.Various types of C. Sakazakii detection methods have been reported. Several enrichment broths can be used for the concentration step, including Enterobacteriaceae concentrate (EE), E. Sakazakii selection broth (ESSB), and modified lauryl sulfate broth (mLST) (Iversen & Forsyte, 2007). Then, selective media such as Druggan-Forsythe-Iversen Agar (DFI), R&F Agar (R&F Agar), and CCI (Chromogenic Cronobacter Isolation) can be used for differentiation (Iversen, Druggan, & Forsy, 2004). Concentration followed by cultivation in a selective medium along with biochemical tests such as API kits or Vitek assays have been commonly used, but these methods have been used to detect C. sakazakii and Enterobacter spp. Because of the similar biochemical properties between the two, labor is high as well as low selectivity. Originally, the US Food and Drug Administration (US FDA) proposed a method of using broth and selective agar media to detect Sakazakii in PIF, which took 5-7 days, but this was time consuming and labor intensive. In addition, due to the limitations of long detection period and low specificity, the US FDA revised the protocol to incorporate real-time PCR-based testing and chromogenic agar (US FDA, 2021). In the revised protocol, real-time PCR is used for confirmation as well as screening. Lampel & Chen (2009) confirmed that this new FDA method is applicable for high- and low-level pathogen detection. Therefore, real-time PCR assay has been widely used to detect C. sakazakii in PIF. As mentioned above, primer design is the most important part of PCR analysis, making detection sensitive and selective (Sun, Wang, Wang, Cao, He, Li, et al., 2012). However, primer design for C. sakazakii based on comparative genetics has not been reported to date.
이에 본 발명자들은 비교 유전체학을 적용하여 분말 영아용 분유(PIF)의 C. sakazakii를 검출하는 데 유용한 프라이머 시퀀스를 개발하고자 노력하였다.Accordingly, the present inventors tried to develop primer sequences useful for detecting C. sakazakii in powdered infant formula (PIF) by applying comparative genomics.
이와 관련하여 Seo & Bracket, 2005에 의해 제안된 프라이머 시퀀스가 PIF에서 E. sakazakii를 검출하는 데 사용되었다. 그들은 특정 표적 염기서열이 거대분자합성(MMS) 오페론 내에 있는 프라이머를 설계했고, 이 염기서열은 미국 식품의약국(FDA)에 의해 세균분석 매뉴얼(BAM) 방법으로 등록되었다(미국 FDA). Seo & Bracket, 2005의 연구에서는 다양한 변종에서 MMS 오페론에 기초한 상기 프라이머 염기서열의 민감성 및 특이성이 확인되었으나 크로노박터 종에 대한 검사는 실시되지 않았다. 이는 대상 병원균이 원래 E. sakazakii로 분류되었기 때문에 크로노박터종보다 엔테로박터종에 초점을 맞췄을 가능성이 있다 (Wang, Zhu, Xu, & Zhou, 2012). 또한 식품 샘플 중의 E. sakazakii 검출을 위해 내부증폭조절(IAC)을 가진 MMS 오페론을 기반으로 한 프라이머를 사용였다. 설계된 프라이머 시퀀스의 민감도는 다양한 C. sakazakii 변종에서 확인되었으며 프라이머의 선택성은 여러 병원균에서 확인되었다. 그러나 밀접하게 관련된 병원균에 상기 프라이머 서열이 있는지 여부는 확인되지 않았다.In this regard, the primer sequence proposed by Seo & Bracket, 2005 was used to detect E. sakazakii in PIF. They designed a primer with a specific target sequence within the macromolecular synthesis (MMS) operon, and this sequence was registered as a Bacterial Analysis Manual (BAM) method by the US Food and Drug Administration (FDA). In a study by Seo & Bracket, 2005, the sensitivity and specificity of the primer sequence based on the MMS operon was confirmed in various strains, but the test for Chronobacter species was not performed. This is likely to have focused on Enterobacter species rather than Chronobacter species, as the target pathogen was originally classified as E. sakazakii (Wang, Zhu, Xu, & Zhou, 2012). Also, primers based on the MMS operon with an internal amplification control (IAC) were used for the detection of E. sakazakii in food samples. The sensitivity of the designed primer sequence was confirmed in various strains of C. sakazakii, and the selectivity of the primer was confirmed in several pathogens. However, it was not confirmed whether the primer sequences were present in closely related pathogens.
비교유전체학의 접근 방식의 주요 장점은 대량의 데이터를 통해 선제적 방식으로 프라이머의 특이성을 보장한다는 것이다. 일반적으로 프라이머는 병원체에 특유한 특정 유전자를 표적으로 하도록 설계되었으며 다양한 병원체 변종을 테스트하여 확인되었다. 예를 들어, 16S rRNA 유전자는 프라이머 시퀀스의 대상으로 널리 사용되어 왔다. 하지만, Healy 등은(2009)는 16S rRNA 유전자 염기서열 분석이 C. sakazakii를 이와 밀접하게 관련된 변종과 구별하지 못했다고 보고했다. 따라서, 비교 유전체학 기반 프라이머 설계는 대안적인 방법이 될 수 있으며, 최근 몇몇 연구자들은 식품 매개 병원균의 검출을 위한 프라이머 설계에 대한 비교 유전체학의 적용 가능성을 조사했다. 앞서 권, 이, 박, 및 김 박사는 (2021)는 비교 설계를 적용하여 Bacillus cereus와 Bacillus subtilis를 높은 민감도와 선택성으로 동시에 검출할 수 있음을 밝힌 바 있다. Ye, Shang, Chen, Pang, Li, Xiang 등(2021)은 팬 게놈 분석을 이용한 비교 유전체학이 살모넬라 혈청균의 신속한 검출에 사용된 PCR의 표적을 설계하는데 효과적인 방법이었다고 보고했다. 마찬가지로 Shang, Ye, Wu, Pang, Shang, Wang 등(2020)은 팬 게놈 분석을 기반으로 살모넬라균의 PCR 혈청형의 새로운 특이적 표적을 조사했다. 따라서, 팬 게놈 분석에 기초한 비교 게놈은 식품 매개 병원균의 신속하고 정확한 검출을 위한 프라이머 시퀀스를 설계하는 데 널리 사용될 것이며, 본 발명자들은 팬 게놈 분석에 기초한 C. sakazakii의 프라이머를 설계하는 첫 번째 접근법이다.The main advantage of the comparative genomics approach is that it ensures the specificity of the primers in a proactive manner through large amounts of data. Typically, primers are designed to target specific genes specific to a pathogen and have been identified by testing various strains of the pathogen. For example, the 16S rRNA gene has been widely used as a target for primer sequences. However, Healy et al. (2009) reported that 16S rRNA gene sequencing did not distinguish C. sakazakii from its closely related strains. Therefore, comparative genomics-based primer design could be an alternative method, and recently several researchers investigated the applicability of comparative genomics to primer design for the detection of foodborne pathogens. Previously, Dr. Kwon, Lee, Park, and Kim (2021) revealed that Bacillus cereus and Bacillus subtilis could be simultaneously detected with high sensitivity and selectivity by applying a comparative design. Ye, Shang, Chen, Pang, Li, Xiang et al. (2021) reported that comparative genomics using pan genome analysis was an effective method for designing targets for PCR used for rapid detection of Salmonella serobacteria. Similarly, Shang, Ye, Wu, Pang, Shang, Wang et al. (2020) investigated novel specific targets of PCR serotypes of Salmonella based on pan genome analysis. Therefore, comparative genomes based on pan genome analysis will be widely used to design primer sequences for rapid and accurate detection of foodborne pathogens, and we are the first approach to design primers for C. sakazakii based on pan genome analysis .
이에 본 발명은 크로노박터 사카자키에 특이적인 바이오마커를 이용하여 크로노박터 사카자키를 매우 높은 정확도로 검출할 수 있는 크로노박터 사카자키 검출용 키트를 제공하고자 한다. 또한, 본 발명의 프라이머 또는 키트를 이용함으로써 크로노박터 사카자키균에 취약한 분유 등의 식품으로부터 이 균을 정확하고 간편하게 확인하거나 이를 분리하는 방법을 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention intends to provide a kit for detecting Chronobacter sakazaki that can detect Chronobacter sakazaki with very high accuracy using a biomarker specific to Chronobacter sakazaki. In addition, by using the primer or kit of the present invention, it is intended to provide a method for accurately and conveniently identifying or isolating Chronobacter sakazaki bacteria from foods such as powdered milk susceptible to it.
본 발명의 일 양태는, 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)를 검출할 수 있는 프라이머를 포함하며, 상기 프라이머는 서열번호 1에 기재된 핵산서열로 구성된 정방향 프라이머, 및 서열번호 2에 기재된 핵산서열로 구성된 역방향 프라이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 크로노박터 사카자키 검출용 프라이머 세트에 대한 것이다.One aspect of the present invention includes a primer capable of detecting Cronobacter sakazakii , wherein the primer is a forward primer composed of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and a reverse primer composed of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 It relates to a primer set for detecting Chronobacter Sakazaki, characterized in that it includes a primer.
본 발명의 다른 일 양태는, 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii) 균주의 1형 섬모 단백질(fimp1) 유전자의 전부 또는 일부를 클로닝하는, 크로노박터 사카자키 검출용 프라이머 세트에 대한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a primer set for detecting Cronobacter sakazakii, which clones all or part of the
본 발명의 또 다른 일 양태는, 본원에 기술된 프라이머 세트를 포함하는, 크로노박터 사카자키 검출용 중합효소연쇄 반응 키트에 대한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a polymerase chain reaction kit for detecting Chronobacter sakazaki, including the primer set described herein.
본 발명의 또 다른 일 양태는, 대상 시료에 대해 본 발명에 기재된 프라이머 세트를 이용하여 중합효소연쇄 반응을 실시하고,In another aspect of the present invention, a polymerase chain reaction is performed on a target sample using the primer set described in the present invention,
상기 중합효소연쇄 반응의 산물의 크기를 확인하거나 그 염기 서열을 분석하여 크로노박터 사카자키 균주의 존재 여부를 확인하는 것을 포함하는, 크로노박터 사카자키 균주의 검출 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for detecting a Chronobacter Sakazaki strain, which includes determining the presence or absence of the Chronobacter Sakazaki strain by checking the size of a product of the polymerase chain reaction or analyzing its nucleotide sequence.
본 발명은 Cronobacter sakazakii의 검출용 프라이머 세트 및 중합효소연쇄반응 키트에 관한 것으로, 본 발명의 프라이머 세트는 다른 중합효소연쇄반응용 키트에서 사용중인 바이오 마커에 비해 Cronobacter sakazakii에 높은 특이성을 가져 매우 높은 정확도로 이를 검출할 수 있고, 또한 극소량의 DNA 농도 만으로도 검출이 가능한 이점이 있다.The present invention relates to a primer set and a polymerase chain reaction kit for detecting Cronobacter sakazakii , and the primer set of the present invention has a high specificity for Cronobacter sakazakii compared to biomarkers used in other polymerase chain reaction kits, resulting in very high accuracy It can be detected with this, and also has the advantage of being able to detect only a very small amount of DNA concentration.
도 1은 C. sakazakii의 팬 게놈 분석을 보여주는 도면이다.
도 2는 초기 접종 수준에 관계없이 본 발명의 일 실시예의 프라이머와 프로브 세트를 사용하여 C. sakazakii ATCC 29544의 표적 유전자가 잘 증폭되었음을 확인하는 도면이다(역치: 100 RFU).
도 3은 본 발명의 다양한 임계치에서 C. sakazakii ATCC 29544의 표준 곡선이다. 여기서 도 3A는 상대적 형광 단위(RFU) 임계치 100, 도 3B는 임계치 150, 도 3C는 임계치 200이다.1 is a diagram showing the analysis of the pan genome of C. sakazakii .
Figure 2 is a diagram confirming that the target gene of C. sakazakii ATCC 29544 was well amplified using the primer and probe set of an embodiment of the present invention regardless of the initial inoculation level (threshold: 100 RFU).
Figure 3 is a standard curve of C. sakazakii ATCC 29544 at various thresholds of the present invention. 3A shows a relative fluorescence unit (RFU) threshold of 100, FIG. 3B a threshold of 150, and FIG. 3C a threshold of 200.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 구현예는 본 발명에 대한 예시로 제시되는 것으로, 당업자에게 주지 저명한 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있고, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않는다. 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기재 및 그로부터 해석되는 균등 범주 내에서 다양한 변형 및 응용이 가능하다.Hereinafter, the present invention will be described in detail as an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are presented as examples of the present invention, and if it is determined that detailed descriptions of well-known techniques or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed descriptions may be omitted. , the present invention is not limited thereby. Various modifications and applications of the present invention are possible within the scope of the claims described below and equivalents interpreted therefrom.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the terms used in this specification (terminology) are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification. Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
달리 지시되지 않는 한, 핵산은 좌측에서 우측으로 5'→3' 배향으로 기록된다. 명세서 내에서 열거된 수치 범위는 범위를 정의하는 숫자를 포함하고, 정의된 범위 내의 각각의 정수 또는 임의의 비-정수 분획을 포함한다.Unless otherwise indicated, nucleic acids are written in 5′→3′ orientation from left to right. Numerical ranges recited within the specification are inclusive of the numbers defining the range and include each integer or any non-integer fraction within the defined range.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
본원에 기술된 것들과 유사하거나 등가인 임의의 방법 및 재료가 본 발명을 테스트하기 위한 실행에서 사용될 수 있지만, 바람직한 재료 및 방법이 본원에서 기술된다.Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice for testing the present invention, the preferred materials and methods are described herein.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 혼입된다.All technical terms used in the present invention, unless otherwise defined, are used with the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art related to the present invention. In addition, although preferred methods or samples are described in this specification, those similar or equivalent thereto are also included in the scope of the present invention. The contents of all publications incorporated by reference herein are incorporated herein by reference.
본 발명의 일 양태는, 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)를 검출할 수 있는 프라이머를 포함하며, 상기 프라이머는 서열번호 1에 기재된 핵산서열로 구성된 정방향 프라이머, 및 서열번호 2에 기재된 핵산서열로 구성된 역방향 프라이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 크로노박터 사카자키 검출용 프라이머 세트에 대한 것이다.One aspect of the present invention includes a primer capable of detecting Cronobacter sakazakii , wherein the primer is a forward primer composed of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and a reverse primer composed of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 It relates to a primer set for detecting Chronobacter Sakazaki, characterized in that it includes a primer.
서열번호 1: GAD GGW AAT GCA GTT AAC ASEQ ID NO: 1: GAD GGW AAT GCA GTT AAC A
서열번호 2: TAC CGT TAG GCG TAA TCA CASEQ ID NO: 2: TAC CGT TAG GCG TAA TCA CA
(D= A 또는 G 또는 T; W= A 또는 T, Y= C 또는 T)(D= A or G or T; W= A or T; Y= C or T)
본 발명에서는 비교 유전체학을 C. sakazakii 검출을 위한 설계 프라이머 시퀀스에 적용하였다. 여러 크로노박터 균주 및 엔테로박터 균주와 관련된 게놈 정보가 애플리케이션에 사용되었다. 팬 게놈 분석에서, C. sakazakii는 다행히도 밀접하게 관련된 종과 명확하게 구별할 수 있는 고유한 유전자 군집을 가지고 있는 것으로 확인되었다(도 1 참조). In the present invention, comparative genomics was applied to design primer sequences for detecting C. sakazakii . Genomic information associated with several Chronobacter strains and Enterobacter strains was used in the application. In the analysis of the pan genome, C. sakazakii was fortunately identified as having a unique gene cluster clearly distinguishable from closely related species (see Fig. 1).
프라이머 설계의 대상으로 유전자 클러스터를 선택시 유전자 복제, 다양성, 길이, 그리고 다른 변종과의 유사성을 중심으로 고려하였으며, 이러한 방식으로 프라이머는 fimp1을 표적으로 하도록 설계되었으며 상기 fimp1을 표적으로 하는 프라이머 및 프로브의 시퀀스는 다음과 같다:When selecting a gene cluster as a target for primer design, gene duplication, diversity, length, and similarity with other variants were mainly considered. In this way, the primers were designed to target fimp1 , and the primers and probes targeting fimp1 The sequence of is:
본 발명에 사용된 올리고뉴클레오타이드 프라이머 및 프로브 서열Oligonucleotide primer and probe sequences used in the present invention
상기 fimp1은 밀접하게 관련된 종으로부터 높은 특이성을 가지며, 또한 발병 인자일 수 있다. 또한, 다양성이 낮아 프로이머의 대상으로 적합하다.The fimp1 has high specificity from closely related species and may also be a virulence factor. Also, because of its low diversity, it is suitable for beginners.
상기 프라이머 세트는 서열번호 3의 핵산서열로 구성된 프로브를 추가로 포함할 수 있다:The primer set may further include a probe composed of the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 3:
서열번호 3: ATG CCA ACG CCT AAT CCT GTC GCY (여기서, Y=C 또는 Y)SEQ ID NO: 3: ATG CCA ACG CCT AAT CCT GTC GCY (Where Y=C or Y)
상기 프라이머 세트 및/또는 프로브 세트를 사용하여 PCR 분석을 수행했을 때, C. Sakazakii 검출에 대해 높은 민감성 및 선택성을 나타낸다. When PCR analysis is performed using the above primer set and/or probe set, high sensitivity and selectivity for C. Sakazakii detection are exhibited.
역사적으로 C. Sakazakii(옛 E. sakazaki)는 황색 색소 엔테로박터 클로아카에(Enterobacter cloacae)로 명명되었으며, 이는 C. Sakazakii 가 E. cloacae와 매우 유사한 특성을 가지고 있음을 의미한다(Farmer Iii, Asbury, Hickman, Brenner, & Group, 1980). 이 두 종을 구별하는 생화학적 테스트는 제한적이다. 상기 서열번호 1 또는 2의 프라이머는 E. cloacae 변종들로부터 선택적으로 C. Sakazakii를 검출할 수 있어, 유사한 두 종을 구별할 수 있다. Historically, C. Sakazakii (formerly E. sakazaki ) was named the yellow-pigmented Enterobacter cloacae , indicating that C. Sakazakii has very similar characteristics to E. cloacae (Farmer Iii, Asbury). , Hickman, Brenner, & Group, 1980). Biochemical tests that differentiate between these two species are limited. The primers of SEQ ID NO: 1 or 2 can selectively detect C. Sakazakii from strains of E. cloacae , thereby distinguishing between two similar species.
또한 본 발명의 서열번호 1 또는 2의 프라이머는 비-사카자키균주를 포함한 크로노박터 균주로부터 C. Sakazakii를 검출할 수 있어, 높은 선택성 및 특이성을 나타낸다.In addition, the primer of SEQ ID NO: 1 or 2 of the present invention can detect C. Sakazakii from Chronobacter strains including non-Sakazaki strains, showing high selectivity and specificity.
본 발명의 다른 양태는, 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii) 균주의 1형 섬모 단백질(fimp1) 유전자의 전부 또는 일부를 클로닝하는, 크로노박터 사카자키 검출용 프라이머 세트에 대한 것이다. 상기 1형 섬모 단백질(fimp1) 유전자는 서열번호 4의 서열을 갖는다. 상기 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii) 균주의 1형 섬모 단백질(fimp1) 유전자의 전부 또는 일부를 클로닝하는 프라이머 세트는 서열번호 1 및/또는 2의 프라이머를 포함할 수 있다. 상기 양태의 프라이머 세트는 서열번호 3의 핵산서열로 구성된 프로브를 추가로 포함할 수 있다. 상기 프로브는 서열번호 3의 염기서열의 5' 말단에 형광물질을, 3' 말단에는 소광 물질을 포함할 수 있다. 프로브는 핵산 서열과 특이적 결합을 이룰 수 있는 수개 내지 수백개 염기에 해당하는 RNA 또는 DNA 등의 핵산 단편을 의미하며, 라벨링되어 있어 특정 mRNA의 존재 유무를 확인할 수 있다. 프로브는 단일 쇄 DNA 프로브, 이중 쇄 DNA 프로브, RNA 프로브, 또는 올리고뉴클레오타이드 프로브의 형태로 제작될 수 있다. 프로브를 cDNA와 혼성화시키는 조건은 최적화 절차에 의해 일련의 과정으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 온도, 성분의 농도, 혼성화 시간, 세척 시간 완충액 성분 등은 프로브의 길이나 타겟 뉴클레오티드 서열 등의 인자에 따라 달라질 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a primer set for detecting Cronobacter sakazakii, which clones all or part of the
본 발명의 프라이머 세트는 통상적인 중합효소 연쇄 반응에 사용될 수 있다. 상기 중합효소 연쇄 반응은, RT(실시간)-PCR, 역전사 중합효소연쇄반응, 경쟁적 중합효소연쇄반응, Nuclease 보호 분석, in situ 교잡법, 핵산 마이크로어레이, 노던블랏 또는 DNA 칩으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법일 수 있으며, 구체적으로는 실시간 PCR을 이용할 수 있다.The primer set of the present invention can be used in a conventional polymerase chain reaction. The polymerase chain reaction is a method selected from the group consisting of RT (real-time)-PCR, reverse transcription polymerase chain reaction, competitive polymerase chain reaction, nuclease protection assay, in situ hybridization, nucleic acid microarray, northern blot, or DNA chip. It may be, and specifically, real-time PCR may be used.
본 발명의 프라이머 세트는 형광, 인광 또는 방사성 물질을 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 물질로는 VIC, NED, FAM, BHQ1 또는 PET를 들 수 있다. 프라머의 5'-말단에 VIC, NED, FAM 또는 PET를 표지하여 PCR을 실시하면 표적 서열이 검출 가능한 형광 표지 물질로 표지될 수 있다. 또한, 방사성 물질을 이용하는 경우, PCR 수행시 32P 또는 35S 등과 같은 방사성 동위원소를 PCR 반응액에 첨가하면 증폭산물에 방사성이 혼입될 수 있다. The primer set of the present invention may further include a fluorescent, phosphorescent or radioactive material. Specifically, the material may include VIC, NED, FAM, BHQ 1 or PET. When PCR is performed by labeling VIC, NED, FAM or PET at the 5'-end of the primer, the target sequence can be labeled with a detectable fluorescent labeling material. In addition, when a radioactive material is used, when a radioactive isotope such as 32 P or 35 S is added to the PCR reaction solution during PCR, radioactivity may be incorporated into the amplification product.
본 발명의 다른 일 양태는, 본 발명의 크로노박터 사카자키 균주 검출용 프라이머 세트를 포함하는 크로노박터 사카자키 균주 검출용 키트에 대한 것이다. 상기 키트는 본 발명의 프라이머 세트와 중합효소 연쇄 반응을 이용한 미생물 검출 키트의 통상적인 구성성분, 예컨대 반응 완충액, 표지물질, Taq DNA 중합효소를 포함할 수 있으며, 또한 상기 반응에 필요한 시약을 추가로 포함할 수 있다. 상기 중합효소 연쇄 반응에 필요한 시약은 예를 들어 dNTP 혼합물, KCl, Tris-HCl, 및 MgCl2를 함유한 PCR 완충액 및 물을 포함할 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a kit for detecting Chronobacter Sakazaki strain, including the primer set for detecting Chronobacter Sakazaki strain of the present invention. The kit may include conventional components of a microorganism detection kit using the primer set and polymerase chain reaction of the present invention, such as a reaction buffer, a label, and Taq DNA polymerase, and may further include reagents necessary for the reaction. can include Reagents required for the polymerase chain reaction may include, for example, a dNTP mixture, a PCR buffer containing KCl, Tris-HCl, and MgCl 2 , and water.
상기 키트는 안내서를 추가로 포함할 수 있다. 안내서는 키트 사용법, 예를 들어, PCR 완충액 제조 방법, 반응 조건 등을 설명하는 인쇄물이다. 안내서는 인터넷과 같이 전기 매체를 통해서 제공될 수 있다.The kit may further include instructions. The guide is a printout explaining how to use the kit, eg, how to prepare the PCR buffer, reaction conditions, and the like. The guide may be provided through an electronic medium such as the Internet.
본 발명의 또 다른 일 양태는, 대상 시료에 대해 본 발명의 프라이머 세트를 이용하여 중합효소연쇄 반응을 실시하고,Another aspect of the present invention, a polymerase chain reaction is performed on a target sample using the primer set of the present invention,
상기 중합효소연쇄 반응의 산물의 크기를 확인하거나 그 염기 서열을 분석하여 크로노박터 사카자키 균주의 존재 여부를 확인하는 것을 포함하는, 크로노박터 사카자키 균주의 검출 방법에 관한 것이다. 상기 균주의 존재 여부는 중합효소연쇄 반응으로 증폭된 DNA 산물을 전기영동하여 상기 증폭된 DNA 산물의 크기를 확인하여 검출할 수 있다. 상기 시료는 식품, 식품에서 분리한 미생물 또는 이로부터 추출한 핵산 시료일 수 있다. 상기 식품은 분말 영유아 분유일 수 있다.It relates to a method for detecting the Chronobacter Sakazaki strain, comprising determining the presence or absence of the Chronobacter Sakazaki strain by checking the size of the product of the polymerase chain reaction or analyzing its nucleotide sequence. The presence or absence of the strain can be detected by electrophoresis of the DNA product amplified by polymerase chain reaction and checking the size of the amplified DNA product. The sample may be food, a microorganism isolated from food, or a nucleic acid sample extracted therefrom. The food may be powdered infant formula.
상기 검출 방법은, 크로노박터 사카자키 오염이 의심되는 시료를 채취하고, 이를 멸균수 또는 생리식염수에 현탁시키고 프로테이나제 K로 처리하여 펠렛을 회수한 후 열수 추출하여 PCR 반응을 준비하고, 이후 PCR을 실시하는 것을 포함할 수 있다. PCR은 예를 들어 전기 영동 등의 방법으로 실시된다. 또는, 크로노박터 사카자키 오염이 의심되는 시료를 채취하고, 시판되는 박테리아 DNA 추출 키트를 이용해 DNA를 추출하여 PCR 반응에 이용할 수 있다. 상기 열수 추출은 통상적인 DNA 분리방법으로, 멸균수를 가하고 페놀/클로로포름 혼합액을 처리한 다음 상등액을 수득하고, 상기 상등액에 에탄올을 가하고 원심분리할 수 있다.The detection method takes a sample suspected of Chronobacter sakazaki contamination, suspends it in sterile water or physiological saline, treats it with proteinase K, recovers the pellet, extracts it with hot water, prepares a PCR reaction, and then PCR may include performing PCR is performed, for example, by methods such as electrophoresis. Alternatively, a sample suspected of Chronobacter sakazaki contamination may be taken, and DNA may be extracted using a commercially available bacterial DNA extraction kit and used in a PCR reaction. The hot water extraction is a conventional DNA separation method. After adding sterile water and treating a phenol/chloroform mixture, a supernatant is obtained, and ethanol is added to the supernatant, followed by centrifugation.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are only for specifying the content of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
실시예Example
1. 팬 게놈 분석: 크로노박터 및 엔테로박터 균주의 팬(Pan) 게놈 및 코어(Core) 게놈 구축1. Pan Genome Analysis: Construction of Pan genome and Core genome of Chronobacter and Enterobacter strains
본 실험에서는, NCBI Genebank (2021년 2월 9일 접근)에서 이용 가능한 크로노박터 및 엔테로박터 균주의 게놈 컬렉션이 pan X 분석에 사용되었다. 모든 7종의 크로노박터들이 분석에 사용된 반면, 22종의 엔테로박터 종들 중 9종(E. dykesii, E. vonholyi, E. quasihormaechei, E. wuhouensis, E. chuandaensis, E. huaxiensis, E. genomosp. O, E. genomosp. S, E. timonensis)은 전체 게놈 서열 데이터가 없어서 분석에 사용되지 않았다. 분석 결과 1.00 컷오프를 사용시 총 유전자 군집의 수와 코어 유전자 군집 수는 각각 31,793개, 104개로 나타났다. PanX 분석 후, 모든 코어 유전자에서 추출된 단일 뉴클레오타이드 다형성 (SNP)은 코어 게놈 계통수 형성에 사용되었다. 코어 게놈 계통수 토폴로지에서 보듯이(도 1), 크로노박터 사카자키의 10개 변종은 201개의 엔테로박터 변종과 7개의 비-사카자키 크로노박터 변종과 명확히 분리되었다. 이러한 결과는 사카자키균이 밀접한 관련이 있는 미생물들과 구별되는 진화적 특성을 가지고 있다는 것을 보여준다. 프라이머 설계의 대상으로 사용될 수 있는 여러 후보들은 찾을 수 있다. 구체적으로 panX 분석을 이용한 프라이머 및 프로브를 설계하였다.In this experiment, genome collections of Chronobacter and Enterobacter strains available in the NCBI Genebank (accessed February 9, 2021) were used for pan X analysis. While all 7 Chronobacter species were used in the analysis, 9 of the 22 Enterobacter species ( E. dykesii, E. vonholyi, E. quasihormaechei, E. wuhouensis, E. chuandaensis, E. huaxiensis, E. genomosp) O, E. genomosp. S, E. timonensis ) were not used for analysis due to lack of whole genome sequence data. As a result of the analysis, the total number of gene clusters and the number of core gene clusters were 31,793 and 104, respectively, when a cutoff of 1.00 was used. After PanX analysis, single nucleotide polymorphisms (SNPs) extracted from all core genes were used to construct the core genome phylogenetic tree. As shown in the core genome phylogenetic tree topology (Fig. 1), 10 strains of Chronobacter sakazaki were clearly separated from 201 Enterobacter strains and 7 non-Sakazaki Chronobacter strains. These results show that Sakazaki bacteria have evolutionary characteristics that are distinct from closely related microorganisms. Several candidates can be found that can be used as targets for primer design. Specifically, primers and probes using the panX assay were designed.
구체적으로 17개의 크로노박터 균주(10개 C. sakzakii, 1개 C. condiment, 1개 C. dublinensis, 2개 C. malonaticus, 1개 C. muytijensii, 1개 C. turicensis, 1개 C. universalis) 및 201개의 엔테로박터 균주 (14개 E. asburiae, 4개 E. bugandensis, 3개 E. cancerogenus, 1개 E. chengduensis, 26개 E. cloacae, 107개 E. hormaechei, 11개 E. kobei, 10개 E. ludwigii, 1개 E. mori, 1개 E. oligotrophicus, 21개 E. roggenkampii, 1개 E. sichuanensis, 1개 E. soli)의 총218개의 유전체 게놈 서열 게이터에 관한 정보를 NCBI RefSeq 및 Genebank 데이터베이스(2021년 9월 2일 접속)로부터 얻었다. Specifically, 17 Chronobacter strains (10 C. sakzakii , 1 C. condiment , 1 C. dublinensis , 2 C. malonaticus , 1 C. muytijensii , 1 C. turicensis , 1 C. universalis ) and 201 Enterobacter strains (14 E. asburiae , 4 E. bugandensis , 3 E. cancerogenus , 1 E. chengduensis , 26 E. cloacae , 107 E. hormaechei , 11 E. kobei , 10 E. ludwigii , 1 E. mori , 1 E. oligotrophicus , 21 E. roggenkampii , 1 E. sichuanensis , and 1 E. soli ) were collected from NCBI RefSeq and NCBI RefSeq. Obtained from the Genebank database (accessed September 2, 2021).
[표 1][Table 1]
크로노박터 및 엔테로박터 균주의 코어 및 팬 게놈 분석을 위해 디폴트 옵션인 pan X(Ding, Baumdicker, & Neher, 2018)를 이용한 비교 유전체 분석을 수행하였다. 코어 게놈-단일 뉴클레오티드 폴리머피즘 (SNP) 기반 계통수는 FigTree 버전 1.4.3(http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree)을 사용하여 시각화되었다(도 1). 정의된 오르소로그(ortholog)에서, C. sakazakii에 특유한 16개의 유전자 군집이 확인되었다(표 2).Comparative genome analysis was performed using the default option, pan X (Ding, Baumdicker, & Neher, 2018), for core and pan genome analysis of Chronobacter and Enterobacter strains. The core genome-single nucleotide polymorphism (SNP) based phylogenetic tree was visualized using FigTree version 1.4.3 (http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree) (Fig. 1). In the defined ortholog, 16 gene clusters unique to C. sakazakii were identified (Table 2).
[표 2] [Table 2]
팬 게놈 서열 및 이의 특성에 의해 분석된 C. sakazakii 프라이머를 위한 후보 유전자 클러스터Candidate gene clusters for C. sakazakii primers analyzed by pan genome sequence and its characterization
2. 팬 게놈 분석에 기초한 프라이머 및 프로브 설계2. Primer and Probe Design Based on Pan Genome Analysis
다음 단계는 프라이머 설계의 대상으로 어떤 유전자 클러스터를 선택해야 하는지를 결정하는 것이다. 유전자 복제, 다양성, 길이, 그리고 다른 변종과의 유사성은 이번 연구에서 유전자 군집을 선택할 때 중요한 요소로 고려되었다. 31,793개의 유전자 군집 중, 16개의 유전자 군집이 선택되었다. 16개 후보에서 두 후보는 유전자 중복을 보였고 다른 5개의 후보는 비-C. 사카자키 균주와 유사성을 보였다. 따라서 이러한 유전자 군집은 프라이머 설계에서 제외되었다. 나머지 9개 후보 중 1형 섬모 단백질로 명명된 유전자는 이것이 비교적 낮은 다양성을 가진 C. 사카자키의 발병 인자로 알려져 있기 때문에 프라이머 표적으로 결정되었다.The next step is to decide which gene clusters to select for primer design. Gene duplication, diversity, length, and similarity to other strains were considered important factors when selecting gene clusters in this study. Of the 31,793 gene clusters, 16 gene clusters were selected. Of the 16 candidates, two showed gene duplication and the other 5 candidates were non-C. It showed similarities with the Sakazaki strain. Therefore, these gene clusters were excluded from primer design. Among the remaining 9 candidates, the gene named
구체적으로 위 표 2에 나타난 후보들 중 4개의 섬모 관련 유전자로 압축되었다. 4개 후보군 중 sthA라는 유전자는 Cronobacter malonaticus 및 Thermomonospora amylolytica 등 다른 변종과의 유사성 때문에 제외됐다. 남아있는 3개의 후보들이 유전자 복제와 다른 변종과의 유사성을 보여주지 않았지만, 1형 섬모 단백질이 부속된 유전자가 낮은 다양성을 통해 프라이머의 대상으로 선택되었고 이를 fimp1이라 명명하고 추가 실험에 사용하였다. 프라이머 및 프로브 세트 타겟팅 fimp1은 AlleID7 프로그램을 사용하여 아래와 같이 설계되었다(표 3). Specifically, among the candidates shown in Table 2 above, four cilia-related genes were compressed. Among the four candidates, a gene called sthA was excluded due to similarities with other strains such as Cronobacter malonaticus and Thermomonospora amylolytica . Although the remaining three candidates did not show similarities with other variants in gene duplication, the gene attached to the
[표 3][Table 3]
본원 발명에 사용된 올리고뉴클레오타이드 프라이머 및 프로브 서열Oligonucleotide Primer and Probe Sequences Used in the Present Invention
카복시플루오르세인(FAM) 및 블랙홀 quencher-1(BHQ1) 형광 염료는 프로브를 위해 사용되었다. 설계된 프라이머 프로브는 C. sakazakii의 10가지 균주 모두를 커버한다는 것이 확인되었다. 상기 새로 설계된 프라이머-프로브 세트는 민감도, 특이도 테스트 및 식품 응용 실험에 사용되었다.Carboxyfluorescein (FAM) and black hole quencher-1 (BHQ 1 ) fluorescent dyes were used for probes. It was confirmed that the designed primer probe covers all 10 strains of C. sakazakii . The newly designed primer-probe set was used for sensitivity, specificity testing and food application experiments.
3. 개발된 프라이머의 민감도 및 특이성 평가3. Evaluation of sensitivity and specificity of developed primers
(1) 세균 배양 및 세포 현탁액(1) Bacterial culture and cell suspension
PCR 분석의 민감도 및 선택도 테스트를 위해 Enterobacter spp., Cronobacter spp. 및 기타 병원성 비병원성 미생물에 속하는 미생물이 사용되었다. 격리된 사카자키균을 제외한 미생물은 서울대학교(대한민국, 서울)의 세균 배양실에 의해 공급되었다. 2개의 상기 C. sakazakii는 생우유에서 분리되었고 C. sakazakii IS1과 IS2로 명명되었다. 민감도 및 선택도 시험에 사용되는 미생물 목록은 표 6과 같다. 각 균주는 DNA 추출 전 24시간 동안 37의 농축 완충액에서 배양되었다.For sensitivity and selectivity testing of PCR assays, Enterobacter spp., Cronobacter spp. and other pathogenic non-pathogenic microorganisms. Microorganisms, except for the isolated Bacillus sakazakia, were supplied by the Bacterial Culture Room of Seoul National University (Seoul, Korea). The two C. sakazakii strains were isolated from raw milk and named C. sakazakii IS1 and IS2. The list of microorganisms used in the sensitivity and selectivity test is shown in Table 6. Each strain was cultured at 37 °C for 24 h before DNA extraction. were incubated in concentrated buffer.
(2) 실시간 PCR 분석(2) Real-time PCR analysis
상기에서 제작한 프라이머 세트의 유효성을 확인하기 위하여, 표 4와 같은 조성으로 실시간중합효소연쇄반응을 수행하였다.In order to confirm the effectiveness of the primer set prepared above, real-time polymerase chain reaction was performed with the composition shown in Table 4.
[표 4][Table 4]
DNA는 제조사의 지침에 따라 GenelixTM 세균 추출 키트(Bead type, Sanigen Co., Ltd., 대한민국, 안양)를 사용하여 배지에서 추출되었다. 미생물 균주에서 추출한 정제 DNA 농도는 10 ng/μL였다. DNA 5μL, 각 정방향 및 역방향 프라이머 200nM, 및 프로브 200nM, 마스터믹스 10μL(BioFACTTM2X Multi-Star Real Time PCR Master mix), 및 초순수(대한민국 경상북도 웰진) 적당량을 첨가하여 최종 용량 20μL이 되도록 하였다. PCR 분석을 CFX96 Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, 미국)을 사용하여 실시하였다. 50℃에서 2분 동안 전처리를 하고 95℃에서 10분 동안 초기 변성을 한 후, 변성 및 어닐링을 위해 40 사이클을 15초 동안 95℃에서, 1분 동안 60℃에서 각각 복제했다. PCR 분석 결과는 형광신호의 증가로 검출되어 정량 주기(Cq) 값으로 표현되었다. C. sakazakii ATCC 29544의 DNA 표준 곡선은 임계치가 100, 150 및 200인 상대 형광 단위(RFU)로 표시되었고 기울기, R2 및 효율성이 표시되었다(표 5).DNA was extracted from the medium using the Genelix TM bacterial extraction kit (Bead type, Sanigen Co., Ltd., Anyang, Korea) according to the manufacturer's instructions. The concentration of purified DNA extracted from the microbial strain was 10 ng/μL. 5 μL of DNA, 200 nM of each forward and reverse primer, 200 nM of probe, 10 μL of master mix (BioFACT TM 2X Multi-Star Real Time PCR Master mix), and appropriate amounts of ultrapure water (Weljin, Gyeongsangbuk-do, Korea) were added to make a final volume of 20 μL. PCR analysis was performed using the CFX96 Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA). After pretreatment at 50 °C for 2 min and initial denaturation at 95 °C for 10 min, 40 cycles for denaturation and annealing were replicated at 95 °C for 15 sec and 60 °C for 1 min, respectively. The PCR analysis result was detected as an increase in fluorescence signal and expressed as a quantitative cycle (Cq) value. The DNA standard curve of C. sakazakii ATCC 29544 was expressed in relative fluorescence units (RFU) with thresholds of 100, 150 and 200 and the slope, R2 and efficiency were indicated (Table 5).
[표 5] [Table 5]
CFX96 (Bio-Rad) PCR 시스템을 이용하여 임계치 100, 150, 200인 상대 형광 단위 (RFU)의 표준 곡선에 기초한 fimp1 검사의 유효성Validation of fimp1 test based on a standard curve of relative fluorescence units (RFU) with thresholds of 100, 150 and 200 using the CFX96 (Bio-Rad) PCR system
(3) 간섭 시험(3) Interference test
간섭 물질로는 고농도(6 log CFU/ml) 대장균의 영양 배지(TSB, EE), PBS 및 DNA가 선택되었다. 각 간섭 물질은 2 log CFU/ml의 C. sakazakii의 5 μl과 혼합되어 DNA 부피의 25% 또는 50%가 되었다. 변동 계수(CV)는 간섭 물질이 첨가된 표본의 Cq 값과 간섭 물질이 첨가되지 않은 표본의 Cq 값을 비교하여 계산되었다. CV 값은 표준 편차 양을 복제 그룹의 평균 양으로 나누어 구한다. CV는 0에 가까우면 동일한 값을 나타내는 정밀도 측도이다.High-concentration (6 log CFU/ml) E. coli nutrient media (TSB, EE), PBS, and DNA were selected as interfering substances. Each interfering material was mixed with 5 μl of 2 log CFU/ml of C. sakazakii to 25% or 50% of the DNA volume. The coefficient of variation (CV) was calculated by comparing the Cq values of the interfering sample with the Cq value of the non-interfering sample. The CV value is obtained by dividing the standard deviation amount by the mean amount of the replication group. CV is a measure of precision that indicates the same value if it is close to zero.
(4) 식품 적용(4) Food application
분말 영아용 분유 (PIF) (남양, 대한민국, 공주), 유산균 함유 PIF (파스퇴르(주), 서울), 우유 (서울우유(주), 대한민국, 서울)가 식료품점(대한민국, 서울)에서 구입되었다. 분말 영아용 분유에 접종된 C. sakazakii ATCC 29544의 검출은 일반적인 선택적 방법(Cromogenic Cronobacter Isolation(CCI) 한천) 및 정량적 PCR(qPCR) 분석에 의해 시험되었다. 2 로그 CFU/ml C. 사카자키 5ml를 각 샘플 25g/ml에 접종하였다. 유산균이 함유된 PIF와 PIF를 깨끗한 벤치에서 2시간 동안 건조시켰다. 그런 다음 샘플을 225 mL의 농축 완충액(트립틱 콩 브로쓰; TSB; Difco, Franklin Lakes, 미국 NJ) 중 균질화시켰다. 37℃에서 24시간 농축한 후, qPCR 및 CCI 한천을 사용하여 병원균을 검출하였다. qPCR 분석을 위한 실험 조건 및 절차는 위 2-2) 기재 방법과 다르지 않다. CCI 한천에서 사카자키균을 검출하기 위해 각 균질물 100μL를 채취하여 CCI 한천에 확산시켰다. 한천 판을 37℃에서 24시간 배양하였으며, 청록색 집단을 나타내는 세포들을 측정하였다.Powdered infant formula (PIF) (Namyang, Gongju, Korea), PIF containing lactic acid bacteria (Pasteur Co., Ltd., Seoul), and milk (Seoul Milk Co., Ltd., Seoul, Korea) were purchased from a grocery store (Seoul, Korea). . Detection of C. sakazakii ATCC 29544 inoculated into powdered infant formula was tested by a conventional selective method (Cromogenic Cronobacter Isolation (CCI) agar) and quantitative PCR (qPCR) assays. 5 ml of 2 log CFU/ml C. sakazaki was inoculated into 25 g/ml of each sample. PIF and PIF containing lactic acid bacteria were dried for 2 hours on a clean bench. Samples were then homogenized in 225 mL of concentrated buffer (Tryptic Bean Broth; TSB; Difco, Franklin Lakes, NJ, USA). After concentrating at 37°C for 24 hours, pathogens were detected using qPCR and CCI agar. Experimental conditions and procedures for qPCR analysis are not different from the methods described in 2-2) above. To detect Sakazaki bacteria in CCI agar, 100 μL of each homogenate was taken and spread on CCI agar. The agar plates were incubated at 37° C. for 24 hours, and cells representing the blue-green population were measured.
(5) 통계적 분석(5) Statistical analysis
데이터는 최소 3개의 독립적 실험의 평균을 나타낸다. 결과는 평균 ±표준편차(SD)로 표현된다. 식품적용 값은 통계분석시스템(SAS Institute, Cary, NC)의 변화 분석 절차에 의해 분석되었으며 평균값은 던컨의 다중범위 시험을 이용하여 분리되었다. 유의한 차이는 유의한 p = 0.05 수준에서 측정되었다.Data represent the average of at least 3 independent experiments. Results are expressed as mean ± standard deviation (SD). Food application values were analyzed by the variance analysis procedure of the Statistical Analysis System (SAS Institute, Cary, NC) and mean values were separated using Duncan's multirange test. Significant differences were determined at the significant p = 0.05 level.
(6) 결과(6) Results
초기 접종 수준에 관계없이 설계된 프라이머와 프로브 세트를 사용하여 C. sakazakii의 표적 유전자가 잘 증폭되었음을 확인했다(도 2). 둘째, 다양한 임계치를 가진 C. sakazakii의 표준 곡선을 확인하여 추가 실험에서 임계 수준을 선택하였다(도 3). 또한 그래프의 기울기, R2, 효율성도 분석하였다(표 5). CFX96 실시간 PCR 증폭 시스템을 사용시, 상대 형광 단위(RFU) 100, 150, 200에 대해 각각 94.8, 94.5, 94.7의 분석효율이 관측됐다. 그 후, C. sakazakii 검출을 위해 개발된 프라이머의 민감도와 선택성이 확인되었다(표 6). 10ng/μl DNA 농도의 민감도 및 특이성 테스트에, 엔테로박터 spp. 23종과 크로노박터 spp. 12종 (7 C. sakazaki)를 포함한 총 59종의 균주가 사용되었다. 실험 대상 미생물의 대부분은 병원균이었다. Regardless of the initial inoculation level, it was confirmed that the target gene of C. sakazakii was well amplified using the designed primer and probe set (FIG. 2). Second, the standard curve of C. sakazakii with various thresholds was checked to select the threshold level in further experiments (Fig. 3). In addition, the slope of the graph, R2, and efficiency were also analyzed (Table 5). When using the CFX96 real-time PCR amplification system, analytical efficiencies of 94.8, 94.5, and 94.7 were observed for relative fluorescence units (RFU) of 100, 150, and 200, respectively. Then, the sensitivity and selectivity of the primers developed for detecting C. sakazakii were confirmed (Table 6). In the sensitivity and specificity test at 10 ng/μl DNA concentration, Enterobacter spp. 23 species and Chronobacter spp. A total of 59 strains including 12 strains (7 C. sakazaki ) were used. Most of the microorganisms tested were pathogens.
역사적으로 C. sakazakii(옛 E. sakazakii)는 황색 색소 엔테로박터 클로아카에(Enterobacter cloacae)로 명명되었으며, 이는 C. sakazakii 가 E. cloacae와 매우 유사한 특성을 가지고 있음을 의미한다(Farmer Iii, Asbury, Hickman, Brenner, & Group, 1980). 이 두 종을 구별하는 생화학적 테스트는 제한적이어서 본 발명자들은, 제안된 프라이머가 선택적으로 사카자키 C.를 검출한다는 것을 확인하기 위해 5종의 E. cloacae 변종을 포함시켰다. 표 6에 나타낸 우리의 결과는 설계된 프라이머가 E. cloacae로부터 C. sakazakii를 선택적으로 검출하는 것을 검증한다. 모든 C. sakazakii 균주는 양성 결과를 보인 반면, C. sakazakii를 제외한 모든 균주는 음성 결과를 보였다. 이는 잘못된 양성 또는 음성 결과가 관찰되지 않았음을 의미한다. 이러한 결과는 팬 X-분석을 기반으로 개발된 프라이머 시퀀스가 높은 민감도와 선택성을 가지고 있음을 나타낸다. 특히 사카자키 균주가 아닌 상기 5종의 변종 모두 음성적인 결과를 보였으며, 이는 밀접한 관련이 있는 종에 대한 높은 선택성이 있음을 의미한다. Historically, C. sakazakii (formerly E. sakazakii ) was named the yellow-pigmented Enterobacter cloacae , indicating that C. sakazakii has very similar characteristics to E. cloacae (Farmer Iii, Asbury). , Hickman, Brenner, & Group, 1980). Biochemical tests distinguishing these two species were limited, so we included five strains of E. cloacae to confirm that the proposed primers selectively detected C. Sakazaki. Our results shown in Table 6 verify that the designed primers selectively detect C. sakazakii from E. cloacae . All C. sakazakii strains showed positive results, whereas all strains except C. sakazakii showed negative results. This means that no false positive or negative results were observed. These results indicate that the primer sequences developed based on the Pan X-analysis have high sensitivity and selectivity. In particular, all of the five strains, other than the Sakazaki strain, showed negative results, which means that there is high selectivity for closely related species.
[표 6][Table 6]
C. 사카자키 검출을 위한 fimp1의 민감도 및 선택성 테스트C. Sensitivity and selectivity test of fimp1 for detecting Sakazaki
4. 식품 샘플에의 적용4. Application to food samples
트립틱 소이(soy) 브로쓰 (TSB), 인산염 버퍼 식염수 (PBS), 엔테로박테리아과 농축 (EE), 및 대장균(E. coli) DNA와 같은 여러 종류의 화합물이 PCR 분석 중에 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서 이러한 화합물이 C. sakazakii 검출에 미치는 영향을 식품 적용 전에 확인하였다(표 7). Several types of compounds such as tryptic soy broth (TSB), phosphate buffered saline (PBS), enterobacteriaceae enriched (EE), and E. coli DNA can interfere during PCR analysis. Therefore, the effect of these compounds on the detection of C. sakazakii was confirmed before food application (Table 7).
[표 7] [Table 7]
개발된 프라이머-프로브 서열에 의한 C. sakazakii 검출에 대한 간섭 화합물들의 효과Effect of Interfering Compounds on C. sakazakii Detection by Developed Primer-Probe Sequences
EE 50%를 제외한 화합물들은 C. sakazakii 검출에 큰 영향을 미치지 않는 반면 50% EE를 간섭 물질로 사용했을 때는 C. sakazakii가 검출되지 않았다. Compounds other than 50% EE did not significantly affect the detection of C. sakazakii , whereas C. sakazakii was not detected when 50% EE was used as an interferent.
EE의 고농도는 검출 감도에 영향을 미칠 수 있지만 TSB, PBS 및 대장균 DNA와 같은 다른 물질들은 C. sakazakii의 검출을 크게 방해하지 않는다. 따라서 본 발명의 프라이머 시퀀스를 사용하여 정확한 검출 결과를 얻을 수 있으며, 또는 기존에 사용된 프라이머 시퀀스가 부정확한 결과를 나타낸 경우 새로 제안된 본 발명의 프라이머 시퀀스를 사용할 수 있다. 또한 이 시퀀스는 최근에 관심 있는 이중 또는 다중 실시간 PCR 검사를 수행하는 데 좋은 옵션이 될 것이다(Xie & Liu, 2021).High concentrations of EE may affect detection sensitivity, but other substances such as TSB, PBS and E. coli DNA do not significantly interfere with the detection of C. sakazakii . Therefore, an accurate detection result can be obtained using the primer sequence of the present invention, or when the previously used primer sequence gives an inaccurate result, the newly proposed primer sequence of the present invention can be used. Additionally, this sequence would be a good option for performing double or multiplex real-time PCR tests of interest recently (Xie & Liu, 2021).
C. sakazakii ATCC 29544를 분말 영아용 분유에 접종했을 때 개발된 프라이머를 사용한 PCR 분석은 종래 사용된 선택적 배지의 결과와 크게 다르지 않은 정확한 결과를 보여주었다(p > 0.05)(표 8).PCR analysis using the developed primers when C. sakazakii ATCC 29544 was inoculated into powdered infant formula showed accurate results (p > 0.05) that were not significantly different from those of the previously used selective media (Table 8).
[표 8] [Table 8]
분말 영아용 분유(w 또는 w/o 유산균) 및 우유a,b에 접종된 C. sakazaki ATCC 29544 검출을 위한 CCI 및 PCR의 적용Application of CCI and PCR to Detect C. sakazaki ATCC 29544 Inoculated in Powdered Infant Milk Powder (w or w/o Lactobacillus) and Milk a,b
위 실험 결과는 완충액 및 PIF, 유산균(Lactobacillus) 함유 PIF 및 우유를 포함한 식품 샘플의 실시간 PCR을 사용하여 제안된 C. sakazakii 검출 시퀀스의 고감도 및 특이성을 검증했다. 따라서 C. sakazakii 감염으로부터 안전을 보장하기 위해 다양한 분야에서 설계된 서열을 적용할 수 있을 것으로 예상된다.The above experimental results validated the high sensitivity and specificity of the proposed C. sakazakii detection sequence using real-time PCR of food samples including buffer and PIF, Lactobacillus -containing PIF and milk. Therefore, it is expected that the designed sequences can be applied in various fields to ensure safety from C. sakazakii infection.
마찬가지로 유산균을 함유한 분말의 영아용 분유와 우유 샘플로부터의 PCR 분석 결과는 선택적 배지의 결과와 크게 다르지 않았다(p>0.05). 이러한 결과는 본원 발명에서 개발한 프라이머 서열을 이용하여 다양한 유형의 식품 샘플에서 C. sakazakii를 효과적으로 검출할 수 있음을 보여준다.Likewise, the results of PCR analysis from infant formula and milk samples of powders containing lactobacilli were not significantly different from those of the selective media ( p > 0.05). These results show that C. sakazakii can be effectively detected in various types of food samples using the primer sequences developed in the present invention.
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Claims (13)
상기 프라이머는 서열번호 1에 기재된 핵산서열로 구성된 정방향 프라이머, 및
서열번호 2에 기재된 핵산서열로 구성된 역방향 프라이머를 포함하는 특징으로 하는 크로노박터 사카자키 검출용 프라이머 세트.Includes primers capable of detecting Cronobacter sakazakii ,
The primer is a forward primer composed of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and
A primer set for detecting Chronobacter Sakazaki characterized by comprising a reverse primer composed of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2.
상기 중합효소연쇄 반응의 산물의 크기를 확인하거나 그 염기 서열을 분석하여 크로노박터 사카자키 균주의 존재 여부를 확인하는 것을 포함하는, 크로노박터 사카자키 균주의 검출 방법.A polymerase chain reaction is performed on the target sample using the primer set of claim 1 or claim 4,
A method for detecting the Chronobacter Sakazaki strain, comprising determining the presence or absence of the Chronobacter Sakazaki strain by checking the size of the product of the polymerase chain reaction or analyzing its nucleotide sequence.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210154007A KR20230068483A (en) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | A biomarker specific for Cronobacter sakazakii, a kit and a method for ditection Cronobacter sakazakii using the biomarker |
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KR1020210154007A KR20230068483A (en) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | A biomarker specific for Cronobacter sakazakii, a kit and a method for ditection Cronobacter sakazakii using the biomarker |
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KR1020210154007A KR20230068483A (en) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | A biomarker specific for Cronobacter sakazakii, a kit and a method for ditection Cronobacter sakazakii using the biomarker |
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Citations (2)
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KR20090118407A (en) | 2008-05-13 | 2009-11-18 | 한국식품연구원 | Primer for genotyping of enterobacter sakazakii |
KR20210041355A (en) | 2019-10-07 | 2021-04-15 | 한국과학기술연구원 | A nucleic acid aptamer specifically binding to Enterobacter sakazakii and the use thereof |
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2021
- 2021-11-10 KR KR1020210154007A patent/KR20230068483A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
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KR20090118407A (en) | 2008-05-13 | 2009-11-18 | 한국식품연구원 | Primer for genotyping of enterobacter sakazakii |
KR20210041355A (en) | 2019-10-07 | 2021-04-15 | 한국과학기술연구원 | A nucleic acid aptamer specifically binding to Enterobacter sakazakii and the use thereof |
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