현장에서 고감도로 검출 가능한 조류인플루엔자(AI) 바이러스 진단 신기술

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조류독감 진단키트

구제역, 조류인플루엔자(AI) 등의 가축 질병은 예방이 최우선이다. 바이러스가 매년 주기적으로 반복 발생하는데 최근에는 변종 되거나 규모가 커지고 있다.

2017년에는 2개 이상의 바이러스 유형이 동시 발생하는 등 대규모 피해 사례가 증가했다. 조류독감 바이러스는 고전염성 호흡기 질병의 주요 원인이다. 바이러스 표면의 당단백질을 통해 여러 아형 조류독감 바이러스로 분류된다. 

그중 특정한 H5와 H7 아형 조류독감 바이러스는 고병원성 조류독감 바이러스로 진화해 가금류 산업에 경제적인 손실을 입히고, 인간의 건강에 큰 위협을 끼쳐왔다. 조류독감은 우리나라에서도 매년 경제적인 피해를 입히고 있으며, 최근에는 2개 유형이 동시에 발생하는 등 대규모 피해를 가져왔다. 

많은 국가에서 고병원성 조류독감을 신속히 진단해 바이러스 확산을 억제하기 위한 플랫폼이 개발돼 왔다. 그러나 조류독감은 야외에서 발생하기 때문에 일반 병원에서 시료를 채취하는 것과 달리 불투명한 불순물과 섞여있는 분변과 같은 현장 시료에서도 바이러스를 감별해야 한다. 기존의 현장진단 플랫폼은 진단 결과가 위양성 또는 음성으로 나오는 경우가 많고, 특이적 진단에 한계를 갖고 있다.

그래서 질병을 조기에 통제하려면 분변과 같은 현장 시료에서도 안정적으로 바이러스를 검출할 수 있는 고감도 신속 진단기술이 매우 중요하다. 


국내 연구진이 근적외선 파장을 흡수·발광하는 높은 에너지의 빛을 방출하는 나노 사이즈의 소재인 상향변환 나노입자’를 이용해 조류인플루엔자 바이러스를 검출할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 근적외선 파장은 빛의 스펙트럼에서 가시광선보다 파장이 긴 영역으로 자외선과 가시광선보다 에너지가 낮고 파장이 길어 투과도가 높고, 배경 신호가 낮아 신호 판별에 용이하다. 
  
한국과학기술연구원(KIST) 분자인식연구센터 이준석 박사팀은 건국대학교 수의학과 송창선 교수팀과의 공동연구로 상향변환 나노입자를 개발했다. 임상시료 테스트로 현장의 불투명한 시료 검체에서도 안정적으로 조류인플루엔자 바이러스를 검출할 수 있는 진단 플랫폼(키트)을 개발했다. 
  
기존의 현장진단키트로 사용되고 있는 금 나노입자 기반의 진단키트는 사용이 편리하지만 육안으로 신호를 확인하기 때문에 감도가 낮고 불투명한 검체 내에서 구별이 어렵다는 한계가 있었다. 가시광선 파장의 형광을 검출 신호로 사용하는 유기염료는 안정성이 떨어져 농가나 계류장과 같은 야외 현장에서 사용하기에는 어렵다는 단점이 있었다. 

이준석 KIST 미래융합기술연구본부 박사(왼쪽), 김재영 KIST스쿨 석사과정(오른쪽)

KIST 이준석 박사팀은 기존의 한계점을 극복하기 위해 검출 신호를 명확히 구별·인지할 수 있게 했다. 상향변환을 통해 발광을 하는 무기나노입자로 근적외선 파장을 흡수하고 발광하도록 설계했다.

연구진은 칼슘이온을 추가로 첨가(Doping)해 민감도를 높여 발광효율을 극대화했다. 나노입자를 기반으로 하는 진단키트의 검출신호를 분석하기 위해 소형 리더기를 제작해 어플리케이션을 통해 간단히 휴대전화 화면에서 조류인플루엔자 바이러스 검출 신호를 확인하는 것이 가능하도록 했다.



조류인플루엔자 바이러스 검출을 위한 근적외선 흡/발광 상향변환 나노입자 기반의 진단플랫폼의 모식도

개발된 플랫폼과 상용화된 금나노입자 기반 조류독감 진단키트를 저병원성 조류독감 바이러스 H5N2와 고병원성 조류독감 바이러스 H5N6를 대상으로 민감도를 비교했다. 

상용화된 금나노입자 기반 진단키트보다 약 10배의 민감도를 가질 뿐 아니라, 불투명한 시료에서도 안정적으로 바이러스를 검출했다. 금나노입자 기반 진단키트는 바이러스의 검출을 확인하기 어려웠다. 개발된 플랫폼은 대상으로 하는 조류독감 바이러스만을 특이적으로 검출할 수 있었다. 개발된 플랫폼은 향후 조류독감 바이러스의 확산 억제와 근절에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
    
테크플러스 에디터 송혜영
tech-plus@naver.com
  

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