약제내성 결핵균의 검출을 위한 Oligonucleotide Chip의 개발

Development of Oligonucleotide Chip for Detection of Drug-Resistant Mycobacterium Tuberculosis

연구배경 : 약제내성 결핵권의 조기 진단을 위해서, 최근 돌연변이 검출 및 질병의 진단 등에 새로운 기술로 대두되고 있는 올리고뉴콜레오티드 칩 기술을 이용하여 결핵균의 리팜핀, 아이소나아지드와 스트렙토마이신 내성과 관련된 rpoB, katG와 rpsL 유전자의 주요 돌연변이를 신속하고 정확하게 검출하고자 하였다. 방 법 : 리팜핀 내성 검출의 야생형 7개와 돌연변이형 13개, 아이소니아지드 내성 검출의 야생형 2개와 돌연변이형 3개, 그리고 스트렙토마이신 내성 검출을 위한 야생형과 돌연변이형 프로브 각 2종류를 고안한 후, 유리 슬라이드에 고정시켜 올리고뉴클레오티드 칩을 제작하였고, 약제내성을 가지고 있는 배양균주 55균주를 선택하여 PCR 증폭반응과 혼성화 반응을 실시한 후 비공초점 레이저 스케너를 이용하여 돌연변이를 검출하였다. 이를 염기서열방법으로 확인하여 돌연변이 다형성을 분석하였다. 결 과 : 리팜핀 내성은 코돈 531과 코돈 526에서 65%의 돌연변이를 검출하였고, 현재까지 보고되어 있지 않은 D516F의 새로운 돌연변이도 검출하였다. 아이소니아지드 내성은 S315T와 R463L 돌연변이가 45.2%로 검출되었고, 스트렙토마이신 내성은 K43R과 K88R 돌연변이가 78%로 검출되었다. 리팜핀 내성의 88%(35/40), 아이소니아지드 내성의 50%(20/42), 그리고 스트렙토마이신 내성의 78%(7/9)를 검출함으로써 현재까지 보고되어 있는 세가지 약제내성과 관련된 rpoB, katG와 rpsL 유전자의 주요 돌연변이는 대부분 검출할 수 있음을 확인할 수 있었고, 염기서열분석 결과와 비교하였을 때 모두 일치하는 결과를 얻음으로써 올리고뉴콜레오티드 칩의 유용성을 확인할 수 있었다. 결 론 : 따라서 본 연구에서 개발한 올라고뉴클레오티드 칩은 약재내성 결핵균의 조기 진단에 유용한 도구가 될 것으로 사료된다.

Background : The resurgence of tuberculosis and the widespread emergence of multidrug-resistant M. tuberculosis have emphasized the importance of rapid and accurate diagnostic procedures. Recently, the oligonucleotide chip has proven to be a useful tool in the rapid diagnosis of infectious diseases. The purpose of this study was to rapidly and accurately detect specific mutations in the rpoB, katG and rpsL genes associated with rifampin, isoniazid and streptomycin resistance in M. tuberculosis, respectively, using a single oligonucleotide chip. Method : For detection of drug-resistance, 7 wild-type and 13 mutant-type probes for rifampin, 2 wild-type and 3 mutant-type probes for isoniazid, and 2 wild-type and 2 mutant-type probes for streptomycin were designed and spotted onto glass slides. Fifty-five cultured samples of M. tuberculosis were amplified by PCR, and then underwent hybridization and scanning. Direct sequencing was done to verify the results from the oligonucleotide chip and to analyze the types of mutations. Result : Thirty-five cases out of 40 rifampin-resistant strains(~88%) had mutations in the rpoB gene. One case had a new mutation(D516F, GAC R TTC) and another known mutation together. Twenty cases out of 42 isoniazid-resistant strains(~50%) had mutations in the katG gene, while 7 cases out of 9 streptomycin-resistant strains(~78%) had mutations in the rpsL gene. From these results, the oligonucleotide chip was confirmed to be able to detect the most frequent mutations from the genes associated with rifampin, isoniazid and streptomycin resistance. The results proved that the drug-resistance detection probes were specific. When the results from the oligonucleotide chip and DNA sequencing were compared, the types of mutations were exactly matched. Conclusion : The diagnostic oligonucleotide chip with mutation specific probes for drug resistance is a very reliable and useful tool for the rapid and accurate diagnosis of drug resistance against rifampin, isoniazid and streptomycin in M. tuberculosis infections.