생명화학공학과 리생, 김유식 교수 공동연구팀이 dsRNA를 검출하는 기판을 제작하고 이를 기반으로 감염된 세포의 용해액만으로도 여러 바이러스의 존재 여부를 검출하는 진단 기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 지난 4월 9일 <바이오마크로몰레큘스(Biomacromolecus)> 온라인판에 게재됐다.

여러 바이러스에서 발견되는 dsRNA
mRNA는 DNA가 가진 유전정보를 운반해 단백질을 생산하게 한다. 그러나 단백질을 만들지 않는 다양한 비번역 RNA(non-coding RNA)도 존재하는데 이들은 세포 내 신호전달, 유전자 발현 조절, 그리고 RNA 효소 작용 등의 다양한 역할을 맡는다. dsRNA(double-stranded RNA)는 이러한 비번역 RNA에 상보적인 핵산 서열을 가지는 RNA가 결합해 형성된다. 이러한 dsRNA는 DNA 바이러스의 전사 또는 RNA 바이러스의 복제 과정에서 생산되는 물질인데, 여러 바이러스에서 특이적으로 많이 발견된다. 이를 바탕으로 연구팀은 인간 질병에서 dsRNA를 활용해 진단하는 기술과 dsRNA를 표적으로 하는 치료 방향에 대해서 주목하고, 다양한 바이러스의 dsRNA를 검출하는 범용적인 진단 기술을 개발하고자 했다.

길이가 긴 dsRNA 검출 가능한 기판 
인간 세포는 바이러스의 dsRNA를 외부 물질로 인식해 면역반응을 일으킨다. 특히 바이러스의 dsRNA를 인식하는 인간의 선천성 면역반응시스템은 핵산 서열 정보를 무시한 채 dsRNA의 길이나 말단 구조와 같은 형태적 특징을 이용해 dsRNA와 반응한다. 연구팀은 이런 인간 면역체계의 원리에 착안해 바이러스에서 형성되는 길이가 긴 dsRNA를 검출할 수 있는 기판을 제작했다. 즉, 다양한 종류의 바이러스를 핵산 서열 정보가 아니라 길이를 통해 검출하는 것이 가능하다. 실리카 기판의 표면에는 펜타 플루오르 페닐 아크릴레이트라는 반응성 고분자를 코팅해 높은 효율로 빠르고 간편하게 dsRNA를 인지하는 항체를 고정했다. 이렇게 개발된 기판에서는 인간에서 면역반응이 일어나는 76개 이상의 염기쌍을 가지는 dsRNA를 검출할 수 있었다. 또한, 감염되지 않은 세포에서 발견되는 단일 가닥 RNA 및 19개의 염기쌍을 가지는 짧은 dsRNA는 전혀 검출되지 않아 바이러스 감염 진단 기술로 활용 가능함을 확인했다. 이어 연구팀은 시료 준비과정도 대폭 간편화시켜 세포에서 RNA를 분리하거나 정제 작업 없이 감염된 세포의 용해액만을 이용해 바이러스 dsRNA를 검출할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 A형과 C형 간염 바이러스에 감염된 세포에 적용한 결과, 바이러스 dsRNA의 존재 여부를 핵산 증폭 없이도 판독하는 데 성공했다.

이번 연구는 PCR*(Polymerase Chain Reaction) 검사 방법과는 달리 시료 준비나 핵산 증폭, RNA 핵산 서열 정보 없이도 높은 효율로 바이러스 감염 여부를 신속하게 판단할 수 있음을 증명했다. 또한, 이 기술이 실용화되면 현재 바이러스 진단에 투자되는 많은 시간과 전문 인력을 줄이고, 각종 바이러스 감염병이나 신·변종 바이러스를 쉽고 빠르게 진단하는 기술이나 키트 등을 개발해 미래 바이러스에도 대비할 수 있을 것으로 기대된다. 리생 교수는 “이번에 개발한 dsRNA 검출 기술은 다양한 바이러스에 적용 가능해 만능 감염병 진단기술로 발전될 수 있고, 특히 공항·학교 등 공공장소에서도 쉽고 빠르게 감염병을 검출할 수 있어 효과적인 방역대책을 마련하는데 유용할 것”이라고 연구 의의를 전했다. 이어 김 교수는 “이번에 연구한 기술을 상용화하기 위해 검출 방법을 개선해 민감도를 향상하고 실용성 있는 시스템 온 칩 **(SoC, System on Chip) 기반의 진단 칩을 만들 것”이라고 추후 연구 계획을 밝혔다.