KR20240003121A - Real time PCR primer set for detecting Enterococcus species and uses thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔테로코커스(Enterococcus) 균주 검출용 실시간 PCR 프라이머 세트 및 이의 용도에 관한 것으로서, 본 발명에서는 4종의 Enterococcus (E. durans, E. hirae, E. lactis, E. mundtii) 를 정확하고 빠르게 동정하기 위해 pan-genome 분석을 이용하여 새로운 종 특이 표적 유전자를 선별하였고, 특이 유전자를 검출할 수 있는 프라이머 및 real-time PCR법을 개발하였다. 신규 프라이머는 각 종을 특이적으로 검출할 수 있었고, 다양한 분리주를 이용하여 16S rRNA 유전자 분석법보다 더 정확하게 검출할 수 있다는 것이 확인되었다. 뿐만 아니라 이 방법은 여러 발효식품 속 엔테로코커스 군집을 확인하기 위한 실험에 성공적으로 적용되었다. 이에, 본 발명은 4종의 엔테로코커스 균주를 종 수준에서 빠르고 효율적이며 정확하게 동정할 수 있으므로 발효식품을 포함한 여러 식품 및 환경 샘플 내 포함되어 있는 엔테로코커스 군집을 확인하기 위한 연구에 활용 가능할 것으로 기대된다.The present invention relates to a real-time PCR primer set for detecting Enterococcus strains and its use. The present invention relates to four types of Enterococcus ( E. durans, E. hirae, E. lactis, E. mundtii ) accurately and quickly. To identify new species-specific target genes using pan-genome analysis, primers and real-time PCR methods that can detect specific genes were developed. It was confirmed that the new primers were able to specifically detect each species, and that they could be detected more accurately than the 16S rRNA gene analysis method using various isolates. In addition, this method is effective against Enterococcus in various fermented foods. It was successfully applied in an experiment to identify clusters. Accordingly, the present invention can quickly, efficiently and accurately identify four types of Enterococcus strains at the species level, so it is expected to be used in research to identify Enterococcus communities contained in various food and environmental samples, including fermented foods. .
Description
본 발명은 엔테로코커스(Enterococcus) 균주 검출용 실시간 PCR 프라이머 세트 및 이의 용도에 대한 것이다.The present invention relates to a real-time PCR primer set for detecting Enterococcus strains and its use.
엔테로코커스(Enterococcus)는 다양한 환경에 서식하고 있는 속으로 일부 종은 발효식품의 발효에 관여하며 일부 종은 프로바이오틱 효과가 있어 주목을 받고 있다. 또한, E. durans와 E. hirae는 유용한 2차 대사산물을 주로 생산하여 산업 응용분야에 관심을 받고 있다. 그러나 몇몇 종은 병원성 인자를 가지고 있으므로 엔테로코커스(Enterococcus) 종의 정확하고 신속한 분류법이 필요한 실정이다. 엔테로코커스(Enterococcus)를 종 수준까지 동정 및 검출하기 위해 주로 사용되는 기법은 16S rRNA gene을 이용한 방법이다. 엔테로코커스(Enterococcus) 종의 경우 16S rRNA 유전자 서열이 높은 유사성(89.2%~99.2%)을 가졌으며, E. durans 및 E. lactis, E, mundtii 및 E. hirae와 같은 일부 엔테로코커스(Enterococcus) 종은 16S rRNA 유전자 서열이 99% 이상 유사성을 가져 이 유전자로는 구별하기 어려워 엔테로코커스(Enterococcus) 종의 검출을 위한 새로운 표적 유전자가 필요한 실정이다. Enterococcus is a genus that lives in a variety of environments. Some species are involved in the fermentation of fermented foods, and some species are attracting attention for their probiotic effects. In addition, E. durans and E. hirae mainly produce useful secondary metabolites and are of interest for industrial applications. However, some species have pathogenic factors, so Enterococcus There is a need for accurate and rapid classification of species. The technique mainly used to identify and detect Enterococcus to the species level is the method using the 16S rRNA gene. Enterococcus For species, 16S rRNA gene sequences had high similarity (89.2% to 99.2%), E. durans and E. lactis , E, and mundtii And some Enterococcus species, such as E. hirae , have more than 99% similarity in 16S rRNA gene sequence, making it difficult to distinguish between Enterococcus and E. hirae. There is a need for new target genes for species detection.
본 발명의 목적은 엔테로코커스(Enterococcus) 균주 검출용 바이오마커 조성물, 상기 바이오마커의 발현수준을 측정할 수 있는 제제를 유효성분으로 포함하는 엔테로코커스 균주 검출용 조성물, 상기 조성물을 포함하는 엔테로코커스 균주 검출용 키트 및 이를 이용한 엔테로코커스 균주 검출 방법을 제공하는데 있다. The object of the present invention is a biomarker composition for detecting Enterococcus strains, a composition for detecting Enterococcus strains containing as an active ingredient an agent capable of measuring the expression level of the biomarker, and an Enterococcus strain containing the composition. The aim is to provide a detection kit and a method for detecting Enterococcus strains using the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프럭토스 1,6-비스포스파테이즈(fructose 1,6-bisphosphatase; NCBI accession no. AKX85242.1), 소듐/글루타메이트 심포트 단백질(sodium/glutamate symport protein; NCBI accession no. AFM70771.1), 헬릭스-턴-헬릭스 전사 조절자(helix-turn-helix transcriptional regulator; NCBI accession no. QXX72259.1) 및 wxL 도메인 표면 단백질(wxL domain surface protein; NCBI accession no. BAO06098.1)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 단백질 또는 이를 코딩하는 유전자를 유효성분으로 포함하는 엔테로코커스 균주 검출용 바이오마커 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes fructose 1,6-bisphosphatase (NCBI accession no. AKX85242.1), sodium/glutamate symport protein; NCBI accession no. AFM70771.1), helix-turn-helix transcriptional regulator (NCBI accession no. QXX72259.1) and wxL domain surface protein (NCBI accession no. BAO06098) Provided is a biomarker composition for detecting Enterococcus strains, comprising as an active ingredient one or more proteins selected from the group consisting of .1) or a gene encoding the same.
또한, 본 발명은 프럭토스 1,6-비스포스파테이즈(fructose 1,6-bisphosphatase; NCBI accession no. AKX85242.1), 소듐/글루타메이트 심포트 단백질(sodium/glutamate symport protein; NCBI accession no. AFM70771.1), 헬릭스-턴-헬릭스 전사 조절자(helix-turn-helix transcriptional regulator; NCBI accession no. QXX72259.1) 및 wxL 도메인 표면 단백질(wxL domain surface protein; NCBI accession no. BAO06098.1)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 단백질 또는 이를 코딩하는 유전자의 발현수준을 측정할 수 있는 제제를 유효성분으로 포함하는 엔테로코커스 균주 검출용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention relates to fructose 1,6-bisphosphatase (NCBI accession no. AKX85242.1), sodium/glutamate symport protein (NCBI accession no. AFM70771) .1), consisting of a helix-turn-helix transcriptional regulator (NCBI accession no. QXX72259.1) and a wxL domain surface protein (NCBI accession no. BAO06098.1) Provided is a composition for detecting Enterococcus strains, comprising as an active ingredient an agent capable of measuring the expression level of one or more proteins selected from the group or the genes encoding them.
또한, 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 엔테로코커스 균주 검출용 키트를 제공한다.Additionally, the present invention provides a kit for detecting Enterococcus strains comprising the composition.
또한, 본 발명은 (1) 시료에서 DNA를 분리하는 단계; (2) 상기 분리된 DNA를 주형으로 하고, 서열번호 1 및 서열번호 2로 표시되는 프라이머 세트, 서열번호 3 및 서열번호 4로 표시되는 프라이머 세트, 서열번호 5 및 서열번호 6으로 표시되는 프라이머 세트 및; 서열번호 7 및 서열번호 8로 표시되는 프라이머 세트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 프라이머 세트를 이용하여 PCR 증폭을 수행하는 단계; 및 (3) 상기 PCR 증폭 산물을 분석하는 단계를 포함하는 엔테로코커스 균주 검출 방법을 제공한다.In addition, the present invention includes the steps of (1) isolating DNA from a sample; (2) Using the isolated DNA as a template, a primer set represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, a primer set represented by SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, and a primer set represented by SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 and; Performing PCR amplification using one or more primer sets selected from the group consisting of primer sets represented by SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8; and (3) analyzing the PCR amplification product.
본 발명은 엔테로코커스(Enterococcus) 균주 검출용 실시간 PCR 프라이머 세트 및 이의 용도에 관한 것으로서, 본 발명에서는 4종의 Enterococcus (E. durans , E. hirae, E. lactis, E. mundtii) 를 정확하고 빠르게 동정하기 위해 pan-genome 분석을 이용하여 새로운 종 특이 표적 유전자를 선별하였고, 특이 유전자를 검출할 수 있는 프라이머 및 real-time PCR법을 개발하였다. 신규 프라이머는 각 종을 특이적으로 검출할 수 있었고, 다양한 분리주를 이용하여 16S rRNA 유전자 분석법보다 더 정확하게 검출할 수 있다는 것이 확인되었다. 뿐만 아니라 이 방법은 여러 발효식품 속 엔테로코커스 군집을 확인하기 위한 실험에 성공적으로 적용되었다. 이에, 본 발명은 4종의 엔테로코커스 균주를 종 수준에서 빠르고 효율적이며 정확하게 동정할 수 있으므로 발효식품을 포함한 여러 식품 및 환경 샘플 내 포함되어 있는 엔테로코커스 군집을 확인하기 위한 연구에 활용 가능할 것으로 기대된다.The present invention relates to a real-time PCR primer set for detecting Enterococcus strains and its use. The present invention relates to four types of Enterococcus ( E. durans , E. hirae, E. lactis, E. mundtii ) accurately and quickly. To identify new species-specific target genes using pan-genome analysis, primers and real-time PCR methods that can detect specific genes were developed. It was confirmed that the new primers were able to specifically detect each species, and that they could be detected more accurately than the 16S rRNA gene analysis method using various isolates. In addition, this method is effective against Enterococcus in various fermented foods. It was successfully applied in an experiment to identify clusters. Accordingly, the present invention can quickly, efficiently and accurately identify four types of Enterococcus strains at the species level, so it is expected to be used in research to identify Enterococcus communities contained in various food and environmental samples, including fermented foods. .
이에, 본 발명에서는 4종의 엔테로코커스 균주를 종 수준까지 정확하게 구별하기 위해 whole-genome sequence를 기반으로 한 pan-genome 분석을 수행하여, 각 종의 특이적인 유전자를 발굴하였고, 이를 이용하여 엔테로코커스를 검출할 수 있는 real-time PCR법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, in the present invention, in order to accurately distinguish four types of Enterococcus strains to the species level, we performed a pan-genome analysis based on whole-genome sequence, discovered specific genes for each species, and used this to identify Enterococcus strains. A real-time PCR method capable of detecting was developed and the present invention was completed.
본 발명은 프럭토스 1,6-비스포스파테이즈(fructose 1,6-bisphosphatase; NCBI accession no. AKX85242.1), 소듐/글루타메이트 심포트 단백질(sodium/glutamate symport protein; NCBI accession no. AFM70771.1), 헬릭스-턴-헬릭스 전사 조절자(helix-turn-helix transcriptional regulator; NCBI accession no. QXX72259.1) 및 wxL 도메인 표면 단백질(wxL domain surface protein; NCBI accession no. BAO06098.1)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 단백질 또는 이를 코딩하는 유전자를 유효성분으로 포함하는 엔테로코커스 균주 검출용 바이오마커 조성물을 제공한다.The present invention relates to fructose 1,6-bisphosphatase (NCBI accession no. AKX85242.1), sodium/glutamate symport protein (NCBI accession no. AFM70771.1) ), helix-turn-helix transcriptional regulator (NCBI accession no. QXX72259.1) and wxL domain surface protein (wxL domain surface protein; NCBI accession no. BAO06098.1). Provided is a biomarker composition for detecting Enterococcus strains comprising one or more selected proteins or genes encoding the same as an active ingredient.
바람직하게는, 상기 엔테로코커스 균주는 Enterococcus durans, Enterococcus hirae , Enterococcus lactis 또는 Enterococcus mundtii일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the Enterococcus strain isEnterococcus durans, Enterococcus hirae , Enterococcus lactis or Enterococcus mundtiiIt may be, but is not limited to this.
본 발명에 있어서, “마커(marker)”는 유전적으로 불특정 연관된 유전자좌를 동정할 때 참고점으로 사용되는 염기서열을 말한다. 이 용어는 또한 마커 서열을 증폭할 수 있는 프라이머 세트로 사용되는 핵산과 같은 마커 서열에 상보적인 핵산 서열에도 적용된다. 분자 마커(molecular marker)의 유전자 지도상의 위치는 유전자좌(genetic locus)로 일컬어진다.In the present invention, “marker” refers to a base sequence used as a reference point when identifying genetically unspecified related loci. The term also applies to nucleic acid sequences complementary to a marker sequence, such as nucleic acids used as primer sets capable of amplifying the marker sequence. The location of a molecular marker on a genetic map is called a genetic locus.
또한, 본 발명은 프럭토스 1,6-비스포스파테이즈(fructose 1,6-bisphosphatase; NCBI accession no. AKX85242.1), 소듐/글루타메이트 심포트 단백질(sodium/glutamate symport protein; NCBI accession no. AFM70771.1), 헬릭스-턴-헬릭스 전사 조절자(helix-turn-helix transcriptional regulator; NCBI accession no. QXX72259.1) 및 wxL 도메인 표면 단백질(wxL domain surface protein; NCBI accession no. BAO06098.1)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 단백질 또는 이를 코딩하는 유전자의 발현수준을 측정할 수 있는 제제를 유효성분으로 포함하는 엔테로코커스 균주 검출용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention relates to fructose 1,6-bisphosphatase (NCBI accession no. AKX85242.1), sodium/glutamate symport protein (NCBI accession no. AFM70771) .1), consisting of a helix-turn-helix transcriptional regulator (NCBI accession no. QXX72259.1) and a wxL domain surface protein (NCBI accession no. BAO06098.1) Provided is a composition for detecting Enterococcus strains, comprising as an active ingredient an agent capable of measuring the expression level of one or more proteins selected from the group or the genes encoding them.
바람직하게는, 상기 유전자의 발현수준을 측정할 수 있는 제제는 상기 프럭토스 1,6-비스포스파테이즈(fructose 1,6-bisphosphatase; NCBI accession no. AKX85242.1), 소듐/글루타메이트 심포트 단백질(sodium/glutamate symport protein; NCBI accession no. AFM70771.1), 헬릭스-턴-헬릭스 전사 조절자(helix-turn-helix transcriptional regulator; NCBI accession no. QXX72259.1) 및 wxL 도메인 표면 단백질(wxL domain surface protein; NCBI accession no. BAO06098.1)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 단백질 또는 이를 코딩하는 유전자에 특이적으로 결합하는 프라이머 또는 프로브일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.Preferably, the agent capable of measuring the expression level of the gene is fructose 1,6-bisphosphatase (NCBI accession no. AKX85242.1), sodium/glutamate symport protein. (sodium/glutamate symport protein; NCBI accession no. AFM70771.1), helix-turn-helix transcriptional regulator (NCBI accession no. QXX72259.1), and wxL domain surface protein (wxL domain surface protein). It may be a primer or probe that specifically binds to one or more proteins selected from the group consisting of (protein; NCBI accession no. BAO06098.1) or the gene encoding them, but is not limited thereto.
보다 바람직하게는, 상기 프라이머는 서열번호 1 및 서열번호 2로 표시되는 프라이머 세트, 서열번호 3 및 서열번호 4로 표시되는 프라이머 세트, 서열번호 5 및 서열번호 6으로 표시되는 프라이머 세트 및; 서열번호 7 및 서열번호 8로 표시되는 프라이머 세트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 프라이머 세트일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.More preferably, the primers include a primer set represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, a primer set represented by SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, a primer set represented by SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6, and; It may be one or more primer sets selected from the group consisting of primer sets represented by SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8, but is not limited thereto.
바람직하게는, 상기 엔테로코커스 균주는 Enterococcus durans, Enterococcus hirae, Enterococcus lactis 또는 Enterococcus mundtii일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the Enterococcus strain may be Enterococcus durans, Enterococcus hirae, Enterococcus lactis, or Enterococcus mundtii , but is not limited thereto.
본 발명에 있어서, "프로브"는 DNA와 특이적으로 결합을 이룰 수 있는 짧게는 수 염기 내지 길게는 수백 염기에 해당하는 DNA 등의 핵산 단편을 의미하며 라벨링되어 있어서 특정 DNA의 존재 유무, 발현양을 확인할 수 있다. 프로브는 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 프로브, 단쇄 DNA(single strand DNA) 프로브, 이중쇄 DNA(double strand DNA) 프로브, RNA 프로브 등의 형태로 제작될 수 있다. 적절한 프로브의 선택 및 혼성화 조건은 당해 기술 분야에 공지된 기술에 따라 적절히 선택할 수 있다.In the present invention, "probe" refers to a nucleic acid fragment, such as DNA, of as short as a few bases or as long as several hundred bases, that can specifically bind to DNA, and is labeled to determine the presence or absence of a specific DNA and its expression level. can confirm. Probes may be manufactured in the form of oligonucleotide probes, single strand DNA probes, double strand DNA probes, RNA probes, etc. Selection of appropriate probes and hybridization conditions can be appropriately selected according to techniques known in the art.
본 발명에 있어서, "프라이머"는 증폭하려는 핵산 가닥에 상보적인 단일 가닥 올리고뉴클레오티드 서열을 말하며, 프라이머 연장 산물의 합성을 위한 개시점으로서 작용할 수 있다. 상기 프라이머의 길이 및 서열은 연장 산물의 합성을 시작하도록 허용해야 한다. 프라이머의 구체적인 길이 및 서열은 요구되는 DNA 또는 RNA 표적의 복합도(complexity) 뿐만 아니라 온도 및 이온 강도와 같은 프라이머 이용 조건에 의존할 것이다. 본 발명에 있어서, 프라이머로 이용된 올리고뉴클레오티드는 또한 뉴클레오티드 유사체(analogue), 예를 들면, 포스포로티오에이트(phosphorothioate), 알킬포스포로티오에이트 또는 펩티드 핵산(peptide nucleic acid)를 포함할 수 있거나 또는 삽입 물질(intercalating agent)를 포함할 수 있다.In the present invention, “primer” refers to a single-stranded oligonucleotide sequence complementary to the nucleic acid strand to be amplified, and can serve as a starting point for the synthesis of a primer extension product. The length and sequence of the primers should allow for initiation of synthesis of the extension product. The specific length and sequence of the primer will depend on the complexity of the DNA or RNA target desired as well as the conditions under which the primer is used, such as temperature and ionic strength. In the present invention, the oligonucleotide used as a primer may also include a nucleotide analogue, such as phosphorothioate, alkylphosphorothioate or peptide nucleic acid, or May contain an intercalating agent.
또한, 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 엔테로코커스 균주 검출용 키트를 제공한다.Additionally, the present invention provides a kit for detecting Enterococcus strains comprising the composition.
본 발명의 상기 프라이머 세트 이외에, PCR 키트에 포함되는 통상적인 구성성분을 포함할 수 있다. 상기 키트에 포함되는 통상적인 구성성분은 반응완충액, 중합효소, dNTP(dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP) 및 Mg2 +와 같은 보조인자(cofactor) 등일 수 있다. 다양한 DNA 중합효소가 본 발명의 증폭 단계에 이용될 수 있으며, E. coli DNA 중합효소 I의 클레나우 단편, 열안정성 DNA 중합효소 및 박테리오파아지 T7 DNA 중합효소를 포함한다. 바람직하게는, 중합효소는 다양한 박테리아 종으로부터 얻을 수 있는 열안정성 DNA 중합효소이다. 상기 중합효소 대부분은 박테리아 그 자체로부터 분리될 수 있고 또는 상업적으로 구입할 수 있다.In addition to the primer set of the present invention, conventional components included in a PCR kit may be included. Typical components included in the kit may include reaction buffer, polymerase, dNTPs (dATP, dCTP, dGTP, and dTTP), and cofactors such as Mg 2+ . A variety of DNA polymerases can be used in the amplification step of the present invention, including the Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I, thermostable DNA polymerase, and bacteriophage T7 DNA polymerase. Preferably, the polymerase is a thermostable DNA polymerase obtainable from various bacterial species. Most of the above polymerases can be isolated from the bacteria themselves or can be purchased commercially.
또한, 본 발명은 (1) 시료에서 DNA를 분리하는 단계; (2) 상기 분리된 DNA를 주형으로 하고, 서열번호 1 및 서열번호 2로 표시되는 프라이머 세트, 서열번호 3 및 서열번호 4로 표시되는 프라이머 세트, 서열번호 5 및 서열번호 6으로 표시되는 프라이머 세트 및; 서열번호 7 및 서열번호 8로 표시되는 프라이머 세트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 프라이머 세트를 이용하여 PCR 증폭을 수행하는 단계; 및 (3) 상기 PCR 증폭 산물을 분석하는 단계를 포함하는 엔테로코커스 균주 검출 방법을 제공한다.In addition, the present invention includes the steps of (1) isolating DNA from a sample; (2) Using the isolated DNA as a template, a primer set represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, a primer set represented by SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, and a primer set represented by SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 and; Performing PCR amplification using one or more primer sets selected from the group consisting of primer sets represented by SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8; and (3) analyzing the PCR amplification product.
바람직하게는, 상기 시료는 프로바이오틱스 또는 발효식품일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the sample may be probiotics or fermented food, but is not limited thereto.
바람직하게는, 상기 엔테로코커스 균주는 Enterococcus durans, Enterococcus hirae, Enterococcus lactis 또는 Enterococcus mundtii일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the Enterococcus strain may be Enterococcus durans, Enterococcus hirae, Enterococcus lactis, or Enterococcus mundtii , but is not limited thereto.
본 발명에 있어서, "프로바이오틱스"는 체내에 들어가서 건강에 좋은 효과를 주는 살아있는 균을 말한다. 현재까지 알려진 대부분의 프로바이오틱스는 락토바실러스 등의 유산균을 이용하여 만들어진 발효유 제품으로 섭취되어 왔으나 최근에는 락토바실러스 이외에 엔테로코커스, Weissella, 비피도박테리움과 같은 일부 균주 등을 포함한 발효유, 과립, 분말 등의 형태로 판매되고 있다.In the present invention, “probiotics” refer to live bacteria that enter the body and provide good health effects. Most probiotics known to date have been consumed as fermented milk products made using lactic acid bacteria such as Lactobacillus, but recently, fermented milk, granules, and powders containing some strains such as Enterococcus, Weissella , and Bifidobacterium in addition to Lactobacillus have been consumed. It is sold in this form.
시료에서 DNA를 분리하는 방법은 당업계에 공지된 방법을 이용할 수 있다. 또한, PCR이란 중합효소를 이용하여 표적 핵산에 특이적으로 결합하는 프라이머 세트로부터 표적 핵산을 증폭하는 방법이다. 이러한 PCR 방법은 당업계에 잘 알려져 있으며, 상업적으로 이용가능한 키트를 이용할 수도 있다.Methods known in the art can be used to isolate DNA from a sample. In addition, PCR is a method of amplifying a target nucleic acid from a set of primers that specifically bind to the target nucleic acid using polymerase. These PCR methods are well known in the art, and commercially available kits can also be used.
이하에서는, 본 발명을 한정하지 않는 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다. Below, the present invention will be described in detail according to examples that do not limit the present invention. Of course, the following examples of the present invention are only intended to embody the present invention and do not limit or limit the scope of the present invention. Accordingly, what can be easily inferred by an expert in the technical field to which the present invention belongs from the detailed description and examples of the present invention is interpreted to fall within the scope of the rights of the present invention.
<< 실험예Experiment example >>
하기의 실험예들은 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.The following experimental examples are intended to provide experimental examples commonly applied to each embodiment according to the present invention.
1. One. EnterococcusEnterococcus 속 inside 표준균주standard strain 및 DNA 추출 and DNA extraction
총 119개의 표준균주를 real-time PCR 방법 확립을 위해 사용하였다(표 1). 균주는 국립 농업과학원 미생물 은행(KACC), 한국생물자원센터(KCTC), 국가병원체자원은행(NCCP), 한국 미생물 보존센터(KCCM)로부터 분양 받았다. 분양 받은 균주는 모두 MRS 액체배지(Difco, Becton & Dickinson, Sparks, MD)에서 37℃, 48시간 동안 혐기적 조건으로 배양하였다. 모든 표준균주의 DNA 추출을 위해 균주를 배양 후 16,200 g에서 3분 동안 원심분리 하였고, 상층액을 제거한 pellet으로부터 genomic DNA를 추출하였다. 표준균주의 genomic DNA와 식품의 DNA는 DNeasy®Blood & Tissue kit (Qiagen, Hilden, Germany) 를 이용하여 제조사의 프로토콜에 따라 추출하였다. 추출된 DNA의 농도와 순도는 MaestroNano®분광광도계 (Maestrogen, Las Vegas, NV, USA) 를 이용하여 260 nm와 280 nm에서 측정하였다.A total of 119 standard strains were used to establish the real-time PCR method (Table 1). Strains were distributed from the National Academy of Agricultural Sciences Microbial Bank (KACC), Korea Biological Resources Center (KCTC), National Pathogen Resource Bank (NCCP), and Korea Microbial Conservation Center (KCCM). All received strains were cultured under anaerobic conditions at 37°C for 48 hours in MRS liquid medium (Difco, Becton & Dickinson, Sparks, MD). To extract the DNA of all standard strains, the strains were cultured and then centrifuged at 16,200 g for 3 minutes, and genomic DNA was extracted from the pellet from which the supernatant was removed. Genomic DNA of standard strains and DNA of food were extracted using the DNeasy®Blood & Tissue kit (Qiagen, Hilden, Germany) according to the manufacturer's protocol. The concentration and purity of the extracted DNA were measured at 260 nm and 280 nm using a MaestroNano® spectrophotometer (Maestrogen, Las Vegas, NV, USA).
2. 2. EnterococcusEnterococcus 종 특이 유전자 발굴 및 Discovering species-specific genes and 프라이머primer 디자인 design
Enterococcus의 종 수준까지 검출할 수 있는 특이 프라이머를 개발하기 위해 87개의 Enterococcus genome sequence를 미국 국립생물공학정보 센터(NCBI; National Center for Biotechnology Information)으로부터 다운받았다. 각 종 특이 유전자는 pan-genome 분석을 수행하여 얻었다. 동일 타깃 종이 모두 가지고 있는 유전자와 타깃 종을 제외한 나머지 Enterococcus 종의 전장 유전자 염기서열과 비교하여 타깃 종에만 존재하는 특이유전자를 선별하였다. 최종 특이 유전자는 BLASTN(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov)을 이용하여 타깃 종에는 모두 존재하지만, 타깃이 아닌 종에는 존재하지 않는 유전자로부터 선별되었다(표 2). 이렇게 선별된 특이 유전자로부터 프라이머 개발하였고, 개발된 4쌍의 프라이머 세트는 증폭 효율 증가와 가공식품 적용에 적합하도록 증폭산물의 크기를 200 bp 이하로 디자인하였다(표 3). 프라이머는 Primer Designer (Scientific and Education Software, Durham, NC, USA)를 이용하여 디자인 하였다.To develop specific primers that can detect Enterococcus at the species level, 87 Enterococcus genome sequences were downloaded from the National Center for Biotechnology Information (NCBI) in the United States. Genes specific to each species were obtained by performing pan-genome analysis. By comparing genes possessed by all of the same target species and the full-length gene base sequences of Enterococcus species excluding the target species, specific genes present only in the target species were selected. The final specific genes were selected from genes present in all target species but absent in non-target species using BLASTN (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov) (Table 2). Primers were developed from the specific genes selected in this way, and the developed four-pair primer set was designed to have an amplification product size of 200 bp or less to increase amplification efficiency and be suitable for application to processed foods (Table 3). Primers were designed using Primer Designer (Scientific and Education Software, Durham, NC, USA).
3. Real-time 3. Real-time PCR법의PCR method 특이성 및 정확성 평가 Specificity and accuracy assessment
각각의 개발된 종 특이 프라이머의 특이성을 확인하기 위해 CFX96 Deep Well Real-time System(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)을 이용하여 real-time PCR을 수행하였다. Real-time PCR은 28개의 Enterococcus 표준균주와 발효식품에서 주로 분리되는 다른 유산균 및 병원성균 91개를 대조군으로 사용하였다(표 1). 반응액 조성은 10 μL의 2X Thunderbird SYBR®qPCR Mix(Toyobo, Osaka, Japan), 20 ng의 DNA template, 0.5 μM의 프라이머 세트 그리고 총 용량 20 μL를 채우기 위한 D.W로 구성하였다. 각각의 타깃은 다음과 같은 조건에서 증폭되었다: 95℃에서 5분 동안 denaturation 한 후 95℃에서 5초, 60℃에서 30초 반응을 35회 반복 수행하였다. Melt curve는 65℃에서 95℃까지 온도를 올려가면서 수행하였다. Real-time PCR의 정확성을 평가하기 위해 serial dilution(20~0.00002 ng) 한 Enterococcus 표준균주 DNA로 standard curve 실험을 진행하였다. 본 연구에서 개발 된 4쌍의 프라이머에 대한 표준 곡선은 CODEX 가이드라인에 따라 slope 값은 -3.1~-3.6, R2 값은 0.98이상, 효율은 90-110%의 값을 만족하도록 실험을 진행하였다.To confirm the specificity of each developed species-specific primer, real-time PCR was performed using the CFX96 Deep Well Real-time System (Bio-Rad, Hercules, CA, USA). Real-time PCR identified 28 Enterococcus Standard strains and 91 other lactic acid bacteria and pathogenic bacteria mainly isolated from fermented foods were used as controls (Table 1). The reaction solution composition consisted of 10 μL of 2X Thunderbird SYBR®qPCR Mix (Toyobo, Osaka, Japan), 20 ng of DNA template, 0.5 μM primer set, and DW to fill a total volume of 20 μL. Each target was amplified under the following conditions: denaturation was performed at 95°C for 5 minutes, and then the reaction was repeated 35 times for 5 seconds at 95°C and 30 seconds at 60°C. Melt curve was performed by increasing the temperature from 65℃ to 95℃. To evaluate the accuracy of real-time PCR, a standard curve experiment was performed with serial dilution (20~0.00002 ng) of Enterococcus standard strain DNA. The standard curve for the four pairs of primers developed in this study was tested according to the CODEX guidelines to satisfy the slope value of -3.1 to -3.6, the R 2 value of 0.98 or more, and the efficiency of 90-110%. .
4. 발효식품 적용실험4. Fermented food application experiment
개발된 real-time PCR법은 분리균주 동정 및 식품 모니터링에 적용되었다. 식품으로부터 Enterococcus 분리균주를 확보하기 위해 샘플을 MRS 고체배지에 도말하였고, 서로 다른 형태를 가진 콜로니를 선별한 후 DNA를 추출하였다. 추출된 DNA는 real-time PCR과 16S rRNA gene sequencing을 이용하여 동정하였다. 식품 모니터링을 위해 마켓에서 구입한 식품의 total genomic DNA를 위의 방법에 따라 추출하였고, 위의 방법에 따라 real-time PCR을 수행하여 발효식품 내 Enterococcus 군집을 확인하였다.The developed real-time PCR method was applied to isolate identification and food monitoring. To secure Enterococcus isolates from food, samples were spread on MRS solid medium, colonies with different shapes were selected, and DNA was extracted. The extracted DNA was identified using real-time PCR and 16S rRNA gene sequencing. For food monitoring, total genomic DNA from food purchased from the market was extracted according to the above method, and real-time PCR was performed according to the above method to determine Enterococcus in fermented foods. Clusters were confirmed.
<< 실시예Example > >
1. One. EnterococcusEnterococcus 종 특이 유전자 획득 Acquisition of species-specific genes
87개의 Enterococcus genome sequence를 NCBI로부터 다운로드하였고, 종에 따라 pan-genome 및 core-genome 분석을 수행하였다. Pan-genome 분석으로 얻어진 종 특이 유전자를 모두 BLAST로 확인한 결과 타겟으로 하는 균주의 종에는 모두 존재하는 유전자이면서 타겟이 아닌 종 이나 다른 속에는 모두 존재하지 않는 유전자임을 확인하였다(표 2). 확인된 유전자로부터 표 3과 같이 종 또는 아종에 특이적인 프라이머를 디자인하였다.87 Enterococcus genome sequences were downloaded from NCBI, and pan-genome and core-genome analyzes were performed depending on the species. As a result of confirming all species-specific genes obtained through pan-genome analysis using BLAST, it was confirmed that these genes were present in all species of the target strain, but were not present in any non-target species or other genera (Table 2). From the identified genes, primers specific to the species or subspecies were designed as shown in Table 3.
2. 개발된 real-time 2. Real-time developed PCR의PCR's 특이성 및 정확성 Specificity and Accuracy
Real-time PCR 실험의 특이성과 정확성을 확인하기 위하여 4쌍의 Enterococcus 종 특이 프라이머를 이용하여 특이성 확인을 진행하였다. 28개의 Enterococcus 표준균주 DNA를 대상으로 각각의 종 특이 프라이머 세트를 반응시켰을 때, 해당하는 타깃 균주에는 Ct값 12.45 에서 16.26 범위 내에서 증폭하고, 타깃이 아닌 균주에는 어떠한 증폭도 일어나지 않았다. 따라서 본 연구에서 개발 된 4쌍의 종 특이 프라이머 세트는 모두 특이성이 있다고 판단 하였다(표 4). 개발된 종 특이 프라이머의 정확성을 평가하기위해 Enterococcus 표준균주를 serial dilution(20~0.00002 ng) 하여 표준곡선을 얻었다. 본 연구에서 개발된 4쌍의 프라이머에 대한 표준곡선은 CODEX 가이드라인에 따라 slope 값은 -3.1~-3.6, R2 값은 0.98이상, 효율은 90-110%의 값을 만족하여 본 연구에서 개발 된 real-time PCR은 정확하고 신뢰성이 우수하다고 판단할 수 있다.To confirm the specificity and accuracy of the real-time PCR experiment, specificity was confirmed using four pairs of Enterococcus species-specific primers. When each species-specific primer set was reacted with the DNA of 28 Enterococcus standard strains, amplification occurred within the Ct value range of 12.45 to 16.26 for the corresponding target strains, and no amplification occurred for non-target strains. Therefore, all four pairs of species-specific primer sets developed in this study were judged to be specific (Table 4). To evaluate the accuracy of the developed species-specific primers, a standard curve was obtained by serial dilution (20~0.00002 ng) of the Enterococcus standard strain. The standard curve for the four pairs of primers developed in this study satisfied the slope value of -3.1 to -3.6, R 2 value of 0.98 or more, and efficiency of 90-110% according to CODEX guidelines. Real-time PCR can be judged to be accurate and reliable.
Primers
CT value
3. 식품 적용 실험3. Food application experiment
특이성이 검증된 real-time PCR을 이용하여 하나의 96-well plate로 4개의 Enterococcus를 검출할 수 있도록 실험을 설계하였고, 식품에서 분리된 분리균주 및 식품 군집 모니터링에 적용하였다.An experiment was designed to detect four Enterococcus in one 96-well plate using real-time PCR with proven specificity, and was applied to monitoring isolates isolated from food and food colonies.
Enterococcus 분리균주는 총 80개가 분리되었고, 모든 80개의 분리주는 하나의 증폭곡선을 나타냈다: 2 E. durans, 16 E. hirae, 60 E. lactis, 2 E. mundtii. 모든 분리균주는 16S rRNA gene sequencing으로 재동정 후 real-time PCR 결과와 비교하였다. 대부분의 분리균주는 real-time PCR 결과와 동일하게 동정되었다. 그러나 일부 분리균주는 real-time PCR과 달리 16S rRNA gene sequencing으로 2개의 후보 종으로 동정되었다(표 5). 이들은 모두 16S rRNA gene이 99%이상 유사성을 가진 종으로 16S rRNA gene으로는 구별하기 어려운 것으로 판단되었지만 real-time PCR로는 정확히 하나의 종으로 동정 가능하였다.A total of 80 Enterococcus isolates were isolated, and all 80 isolates showed one amplification curve: 2 E. durans , 16 E. hirae , 60 E. lactis , and 2 E. mundtii . All isolates were re-identified by 16S rRNA gene sequencing and compared with real-time PCR results. Most isolates were identified identically to the real-time PCR results. However, unlike real-time PCR, some isolates were identified as two candidate species by 16S rRNA gene sequencing (Table 5). These are all species with more than 99% similarity in the 16S rRNA gene, and although it was judged difficult to distinguish using the 16S rRNA gene, they could be identified as exactly one species using real-time PCR.
개발된 방법으로 식품 속 Enterococcus 군집에 대해 모니터링한 결과는 표 6에 나타냈다. 모든 식품 속 Enterococcus 는 1종 이상 포함되어 있었고, E. hirae는 대부분의 발효식품에 존재하였다. 이로써 본 연구에서 개발된 real-time PCR을 이용하여 발효식품에 존재하는 Enterococcus 종을 정확히 검출할 수 있다.The results of monitoring Enterococcus colonies in food using the developed method are shown in Table 6. All foods contained one or more species of Enterococcus , and E. hirae was present in most fermented foods. As a result, Enterococcus species present in fermented foods can be accurately detected using the real-time PCR developed in this study.
E. faecium E. lactis /
E. faecium
CP089092.2
(100%)OM760842.1/
CP089092.2
(100%)
E. faecium E. lactis /
E. faecium
CP089092.2
(100%)OM760842.1/
CP089092.2
(100%)
E. faecium E. lactis /
E. faecium
MG098997.1
(100%)JQ446562.1/
MG098997.1
(100%)
E. faecium E. hirae /
E. faecium
MN826473.1
(100%)CP055232.1/
MN826473.1
(100%)
E. faecium E. durans /
E. faecium
MT196421.1
(100%)MT545097.1/
MT196421.1
(100%)
MN826473.1
(100%)CP055232.1/
MN826473.1
(100%)
E. faecium E. lactis /
E. faecium
CP089092.2
(100%)OM760842.1/
CP089092.2
(100%)
(100%)OM691709.1
(100%)
<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Real time PCR primer set for detecting Enterococcus species and uses thereof <130> ADP-2022-0221 <160> 8 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus durans <400> 1 cgaggaatgg ttcagcaaga 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus durans <400> 2 ccattggctc tgatcggtaa 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus hirae <400> 3 gaccgttgct gcgacagtta 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus hirae <400> 4 gagcctgcga cgttcaacat 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus lactis <400> 5 gagcctgcga cgttcaacat 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus lactis <400> 6 acacctatca caccggctaa 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus mundtii <400> 7 taggaatgcg ctctcgatga 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus mundtii <400> 8 acctgatgcc acatcgattg 20 <110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Real time PCR primer set for detecting Enterococcus species and uses it <130> ADP-2022-0221 <160> 8 <170>CopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus durans <400> 1 cgaggaatgg ttcagcaaga 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus durans <400> 2 ccattggctc tgatcggtaa 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus hirae <400> 3 gaccgttgct gcgacagtta 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus hirae <400> 4 gagcctgcga cgttcaacat 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus lactis <400> 5 gagcctgcga cgttcaacat 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus lactis <400> 6 acacctatca caccggctaa 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus mundtii <400> 7 taggaatgcg ctctcgatga 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Enterococcus mundtii <400> 8 acctgatgcc acatcgatg 20
Claims (10)
(2) 상기 분리된 DNA를 주형으로 하고, 서열번호 1 및 서열번호 2로 표시되는 프라이머 세트, 서열번호 3 및 서열번호 4로 표시되는 프라이머 세트, 서열번호 5 및 서열번호 6으로 표시되는 프라이머 세트 및; 서열번호 7 및 서열번호 8로 표시되는 프라이머 세트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 프라이머 세트를 이용하여 PCR 증폭을 수행하는 단계; 및
(3) 상기 PCR 증폭 산물을 분석하는 단계를 포함하는 엔테로코커스 균주 검출 방법.(1) separating DNA from the sample;
(2) Using the isolated DNA as a template, a primer set represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, a primer set represented by SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, and a primer set represented by SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 and; Performing PCR amplification using one or more primer sets selected from the group consisting of primer sets represented by SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8; and
(3) A method for detecting Enterococcus strains comprising the step of analyzing the PCR amplification product.
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KR101869832B1 (en) | 2016-05-31 | 2018-06-21 | 강원대학교산학협력단 | A Novel Enterococcus species specific primer, a method for isolating and identifying specific Enterococcus strain by using the same and a composition therefor |
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