코로나19 변이 단 5초면 판별, 국내 기술 개발

자체 제작 '압타머' 전자 바이오센서, 타액·콧물·땀·소변 등 극미량 항원도 검출
분당서울대병원 한호성·박정수 교수, 김상태 수석연구원 [Biosensors&Bioelectronics] 발표

코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)는 물론 수십 종의 변이체를 5초 이내에 신속히 진단하고, 민감도·특이도가 높아 타액·콧물·땀·소변 등에 존재하는 극미량의 항원으로도 음성과 양성을 식별수 있는 멀티 바이오센서 시스템이 국내 기술로 개발됐다.

분당서울대병원 외과 한호성 교수·김상태 수석연구원, 진단검사의학과 박정수 교수 연구팀은 수초 만에 '코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)'는 물론 수십 종의 변이체를 진단할 수 있는 전자 바이오센서 시스템에 관한 연구결과(SARS-CoV-2 Detection in COVID-19 Patients' Sample using Wooden Quoit Conformation Structural Aptamer (WQCSA)-Based Electronic Bio-sensing System)를 국제 학술지[Biosensors&Bioelectronics] 최근호에 발표했다.

중국에서 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스(코로나19) 출현 이후 수많은 국가에서 심각한 영향을 받았다. 세계보건기구(WHO)가 보고한 전 세계 총 사망자는 696만 명(2023년 6월 21일)에 달한다. 최근 들어 SARS-CoV-2 오미크론 변이 바이러스가 증가하면서 재유행이 우려되고 있다.

새로운 변종 바이러스 출현에 대응하기 위해서는 저렴한 비용으로, 신속하고, 정확한 진단 대응체계가 필요하다.

하지만 기존 신속진단키트는 정확성에서, 유전자증폭검사(PCR)·ELISA 등은 신속성과 검사비용 면에서 한계를 노출했다.

공동연구팀은 SARS-CoV-2 및 변이체를 신속하고 정확하게 탐지하는 센싱 기술을 확보하기 위해 '압타머(aptamer)'에 주목했다. 압타머는 특정 분자에 결합하는 물질로 항체처럼 표적분자에 높은 친화력과 특이성을 갖고 결합해 '화학 항체'로 불린다. 단일 부위에 결합하는 항체와 달리 표적 단백질의 3차원적 형체를 인식, 항체보다 표적에 대한 선택성이 높다. 특히 저렴한 비용으로 대량생산이 가능하다.

공동연구팀은 SARS-CoV-2 양성 판정을 받은 환자 60명의 검체를 사용, 주요 항원인 스파이크(spike)·뉴클레오캡시드(Nucleocapsid) 등과 특이적으로 결합하는 Wooden Quoit 모양의 압타머를 자체 제작했다. 이를 화학적으로 처리한 유리기판에 고정하고 전류를 흘려보내는 방식으로 '전기용량(Capacitance)'을 측정, 항원 검출을 확인하는 바이오센서 시스템을 완성했다.

압타머 바이오센서 시스템은 델타·감마·베타·알파 등 SARS-CoV-2 변이체를 높은 친화성으로 인식하도록 설계, 다양한 코로나바이러스를 구별할 수 있다. 특히 민감도와 특이도가 높아 환자의 타액·콧물·땀·소변 등에 존재하는 극미량의 항원도 검출할 수 있다. 체내 물질 농도는 '몰(mol)' 단위이며, 펨토몰(fM)은 1000조분의 1몰을 뜻한다.

공동연구팀이 개발한 바이오센서를 통해 검사한 결과, 다양한 코로나19 바이러스 변이체를 10펨토몰 농도까지 검출, 높은 민감도와 특이도를 확인했다.

교신저자인 한호성 교수와 김상태 수석연구원은 "압타머의 유연한 구조적 결합을 기반으로 코로나19 바이러스 및 수십 종의 변이체를 정확하게 감지하는 다중항원 멀티 바이오센싱 기술"이라면서 "저렴하고 신속하게 변이체 항원까지 검출할 수 있어 효율적인 진단 도구로 쓰일 수 있을 것"이라고 밝혔다.

박정수 교수는 "이번에 개발한 멀티 바이오센서 시스템은 질병을 조기에 발견하고, 감염병 확산을 막는데 크게 기여할 것"이라고 전했다.