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항체로 직접 신속한 검출 진단 키트 개발

순수 국내연구진이 다제 내성 바이러스 표면에 높은 선택 결합하는 항체 선별
생명연구원, 다제 내성 인플루엔자 바이러스의 면역 진단 시스템에 활용 기대 

 

항바이러스제의 수요가 급증하는 대유행 시기 한정된 약물의 효율적 사용을 위해 신속히 환자를 분류하는 진단 기술이 필요하다. 기존 진단법은 하나의 아미노산 돌연변이를 검출하기 위한 유전자 검사 기술에 집중되어 있어 분석 시간이 길고, 숙련된 전문 인력과 고가의 분석 장비가 추가적으로 필요하기 때문에 다양한 현장에서 활용하기에는 어려움이 있다.

순수 국내연구진이 다제(타미플루, 리렌자) 내성 바이러스 표면에 높은 선택도로 결합하는 항체를 선별하고, 이를 면역진단 시스템에 적용하여 다제 내성 바이러스를 특이적으로 검출할 수 있는 신속 진단 키트를 개발하였다.

해당 항체는 내성을 갖지 않는 바이러스 항원보다 다제 내성 바이러스 항원에 대해 약 100배 정도 높은 결합력을 가지고 있음이 확인되었다. 이 항체는 향후 다제 내성 바이러스 감염 여부를 진단할 수 있는 다양한 현장진단 시스템에 활용될 것으로 기대된다.

신규 항체가 도입된 금 나노 입자 용액을 이용한 다제 내성 바이러스의 비색 분석 결과.

한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 정주연, 임은경, 강태준 박사 연구팀(교신저자: 정주연/임은경/강태준, 제1저자: 국경혜)이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 글로벌프론티어사업 바이오나노헬스가드연구, 신진·중견연구자 지원사업, 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 수행되었고, 7월 9일자 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 게재되었다.

(논문명 : Development of A4 antibody for Detection of Neuraminidase I223R/H275Y-Associated Antiviral Multidrug-Resistant Influenza Virus)

다제 내성 바이러스 검출용 항체 결합능 측정 결과. (좌) SPR, (우) Competition ELISA 분석 그래프 (실험을 통하여 개발된 항체가 내성을 갖지 않는 바이러스 항원보다 다제 내성 바이러스 항원에 대해 높은 결합력을 가지고 있음을 확인함)

세계보건기구 (WHO) 보고에 의하면 최근 항바이러스제의 광범위한 사용으로 인하여 다제 내성을 보이는 바이러스의 출현이 보고되고 있다.다제 내성 바이러스 중 대표적인 하나가, 바이러스 표면에 있는 단백질(뉴라미니데이즈; Neuraminidase**)의 아미노산 두개가 변이된 돌연변이이다.

다제 내성 바이러스는 ‘A/H1N1형 인플루엔자 바이러스(신종 인플루엔자)’ 중 항바이러스제인 오셀타미비르(상품명: 타미플루), 자나미비어(상품명: 리렌자) 모두에 치료 효과가 없는 내성 바이러스이다. 뉴라미니데이즈(Neuraminidase)단백질은 증식된 바이러스가 밖으로 배출되는 것 을 돕는 ‘가위’ 역할을 하는 단백질이다.

신규 항체가 도입된 금 나노 입자 용액을 이용한 다제 내성 바이러스의 비색 분석 결과.

바이러스는 일반적으로, 세포에 감염되면 세포내에서 증식과 조립과정을 거쳐, 성숙한 바이러스가 주변의 다른 세포에게 감염되는 과정을 가지고 있다. 그 과정에서 뉴라미니데이즈는 세포에서 가위역할을 하여, 증식된 바이러스를 잘라내어 바이러스가 외부로 확산되도록 하는 역할을 수행한다.

기존의 타미플루, 리렌자는 뉴라미니디아제 효소의 기능을 차단하여, 증식된 바이러스를 밖으로 배출하는 과정을 방해하여 바이러스 증식을 억제하는 항바이러스제이다. 그러나 뉴라미니데이즈에 변이가 발생하면, 기존의 타미플루, 리렌자가 뉴라미니데이즈를 억제하는 기능이 떨어지게 된다. 따라서 항바이러스제의 수요가 급증하는 대유행 시기에는, 다제 내성 보균자를 신속하고 효과적으로 분류하는 기술 개발이 요구된다.

(좌) 신규 항체를 적용한 래피드 키트의 다제 내성 (Multidrug- resistance)바이러스 검출 결과. (우) 항바이러스제 감수성/내성 바이러스 (WT/Multi-drug resistance)의 혼합 조건에서도 신규 항체를 적용한 다제 내성 바이러스 검출 키트를 활용하여 고감도로 다제 내성 바이러스만 검출 가능함을 확인. 다제 내성 바이러스 농도 증가함에 따라 테스트 라인 (TL)의 선명도 증가함.

특히 항바이러스제 감수성 바이러스(항바이러스제에 치료 효과가 있는 인플루엔자 바이러스)와 다제 내성 바이러스의 뉴라미니데이즈 표면 구조는 유사한 것으로 알려져 표적 단백질의 특정 구조를 인식하는 검출용 항체 개발에 많은 어려움이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 다제 내성 바이러스 표면의 변형된 뉴라미니데이즈에 특이적으로 결합하는 항체를 선별하였고, 실제로 뉴라미니데이즈 항원에 대한 결합력 측정과 모델링 분석을 통하여 이 항체가 다제 내성 바이러스에 상대적으로 높은 결합력을 가짐을 확인하였다.

특히, 이 항체가 표면에 개질된 금 나노 입자와 타미플루 내성 바이러스 표면의 뉴라미니데이즈 단백질과 결합으로 인한 응집 현상이 발생하여, 금 나노 입자의 색 변화를 통한 육안 검출이 가능함을 확인하였다.

인플루엔자 양성 임상 검체 내에 다제 내성 바이러스를 접종하여 검출 여부 실험 결과. 인플루엔자 양성 검체와 다제 내성 바이러스의 혼합 조건에서도 다제 내성 바이러스의 존재 여부 확인이 가능함.

연구팀은 신규 개발한 항체를 종이기반 바이오 검출장치에 적용하여 다제 내성 바이러스 신속 진단 키트를 개발하였다. 소량의 체액(콧물)을 이용하여 20분 이내에 별도의 분석 장비 없이 신속하고 간편하게 다제 내성 바이러스 감염 여부를 확인하는데 성공하였다.

이 키트는 일반적인 인플루엔자 바이러스 진단키트, 임신테스트기처럼 편리하게 사용 가능하다. 특히, 다제 감수성/내성 바이러스 혼합된 조건에서도 내성 바이러스의 농도에 따라 검출선(Test line; TL)의 진하기의 차이를 보여, 이 키트를 활용한 다제 내성 바이러스의 정량 분석의 가능성도 확인하였다.

연구책임자인 정주연 박사는 “이번 연구 성과는 기존 유전자 검사에 의존한 항바이러스제 내성 바이러스 진단법과 비교하여 다제 내성 바이러스의 감염 여부를 신속하고 간단하게 진단할 수 있는 기술로 다양한 검출 시스템에 활용 가능하다”며, “개발된 항체는 다제 내성 바이러스 감염 치료를 위한 적절한 약물 선정에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한국생명공학연구원 홍보실 제공 

 

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