효과적인 원위치 중합효소 연쇄반응 (In situ PCR)을 위해서는 증폭된 PCR 산물의 세포외 유출을 감소시켜야 한다. 이를 위한 한 방법으로 거대분자 PCR 산물을 합성시키기 위한 5'쪽에 서로 상보적인 꼬리서열을 가진 프라이머(꼬리 프라이머; tailed primer)가 사용되었으나 많은 PCR 횟수로 인해 시간의 낭비와 세포조직의 형태보존성이 저하되는 문제가 발생하였다. 따라서 PCR 조건을 가능한 최적화시키고, 최소의 PCR 횟수로써 세포외 유출을 막을 수 없는 방법이 필요하게 되었다. 이러한 방법의 일환으로 꼬리 프라이머를 이용하여 PCR 튜브 속에서 목표 핵산없이 프라이머 중합체(primer polymers)의 형성을 유도하였고, 이를 유리 슬라이드위에 고정시킨 Molt/LAV 세포들에 처리하여 20 회의 짧은 시간에서도 적절한 탐침을 할 수 있게 되었다. 이로 인해 프라이머 중합체의 원위치 중합효소 연쇄반응에서의 사용가능성을 타진하였다.
기존의 핵산증폭기를 사용하여 유리 슬라이드상에서의 효과적인 원위치 중합효소 연쇄반응(in situ PCR)을 수행하기 위해서는 여러 가지 조건들을 고려해야 하는데, 이러한 조건에는 PCR 용액의 세포속으로의 침투, 증폭된 PCR산물의 세포외 유출의 방지, PCR용 액 성분의 유리슬라이드로의 비특이적 부착으로 인한 손실, 열에 의한 시약의 증발, heat block으로부터 슬라이드로의 열전도성 둥이 있다. 특히 PCR용액 성분의 세포내로의 침투를 보장하기 위해서는 다소 높은 농도의 PCR 용액성분(특히 4.5 mM $MgCl_{2}$ 농도)이 필요하였고, Taq 효소는 PCR전 처리(pre-PCR incubation)를 수행하는 경우,50 ${\mu}l$ 반응당 5~10 units이면 충분하였다. 또한 PCR의 전형적인 온도-시간 양상(temperature-time profile)을 만족시키기 위해서는 먼저 샘플의 건조화를 방지해야 하는데, 이를 위해서 heat block속의 빈 공간에 적당량의 물을 첨가했고, 설정온도와 실제온도를 측정해본 결과 약3~$4^{\circ}C$의 차이가 있었다.
한국인 아동의 우식치아로부터 S. mutans를 분리하고, acid stress하에서 분리한 S. mutans의 내산성 능력과 관련된 단백질을 규명하고자 하였다. S. mutans의 16S rDNA 유전자 핵산염기서열을 바탕으로 설계된 프라이머 쌍을 이용하여 중합효소연쇄반응을 실시하고 16S rDNA sequencing을 실시한 결과, 한국인 아동으로부터 분리 된 S. mutans K7은 기존에 보고된 표준균주와 99.9% 일치하는 결과를 나타내 S. mutans로 판명되었다. 또한 2D gel electrophoresis 를 수행한 결과, acid stress에 관여하는 것으로 추정되는 단백질들을 확인 할 수 있었다.
세포나 미생물의 특정 DNA 부위를 증폭하고자 할때 이용되는 PCR(polymerase chain reaction, 핵산중합효소 연쇄반응)은 1983년 미국 Cetus사의 Mullos에 의해 고안되었고, 그후 PCR에 의한 마이코 박테리아의 동정 및 검출이 특정 염기서열의 연구가 이루어지면서 활발히 시도되었으며, 아이젠하크 등은 IS6110을 이용하여 본격적으로 PCR이 결핵균 검출에 유용한 도구로 사용될 수 있다는 가능성을 제시하였다. PCR에 의한 DNA증폭은 단시간 내에 이루어진다는 장점 때문에 유전병 및 미생물의 진단에 이용될 뿐 아니라 법의학 분야 및 장기이식에 따른 조직접합 시험에도 이용될 것으로 예상된다. 이에 따라 국내에서도 결핵연구원에서 최초로 일반 임상검사에 적용함으로써 현재 많은 호평을 받고 있는 PCR에 대하여 알아본다
만손열두조충과 북미열두조충 (Spirometra mansonoides)의 형태 차이점은 성숙편절의 자궁의 형대 가 전자근 차곡차곡 쌓인 꼴이고 후자는 알과벳 씨자 (C)형태이라는 점이다 이 비슷한 명태의 두 종 의 조충이 유전학적으로는 얼마나 차이가 있는지를 알기 위하여 중합효소연쇄반응-마디길이여러꼴 분석법(polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism analysis)을 이용하여 유전 형질을 비교하였다. 충체로부터 285리넓솜 리보핵산 (285 rDNA), 사립체 cytochlmsc 산화 효소 아단위 I (mitochondrial cytochrome c oxidase subunit 1, mCOI) 및 리보솜 내부 전사된 영역 1 (ribosomal internal transcribed spacer 1, ITSI)에 대한 중합효소반응 산물을 구하였다. 이 산를은 Msp I. Hue III, Alu I, Cfo I, Rsc I의 4 염기 제한 효소로 잘라서, 전기영동하여 길과를 PAUP 3.1.1을 이용하여 분석 하였다. 285 리보솜 리보핵산과 리보솜 내부 전사된 영역 1 유진자에서는 두 충체 가 동일 한 분류가지에 묶였고 홀로서기수 (bootstrap number)는 94, 100이었다. 사립체 cytochrome c 산 화효소 아단위 1에서는 다른 분류가지에 묶였고 홀로서기수가 74이었다. 위 결과로 투 조충이 같은 조상에서 유래함과 진화 단계에서 매우 가까운 위치에 있음을 알 수 있었다.
바이로이드는 매우 작은 RNA 분자로 구성되어 있으며, 외피 단백질이 없고 오로지 식물에만 감염되어 질병을 유발한다. 바이로이드 감염 질병을 예방하거나 진단하는 것은 상당히 어려운 일이며, 이는 병징이 초기에는 발견되지 않고 수확기에 접어들어서 발견되기 때문이다. 한편, 혈청학적인 방법은 식물 병원체를 검출하기 위해 주로 사용되었으나 바이로이드는 핵산인 RNA로만 구성되어 있기 때문에 이 방법으로 검출할 수가 없다. 때문에 바이로이드를 검출하기 위해 주로 사용되는 방법은 분자 생물학적인 방법으로, 초기에는 바이로이드의 분자적인 크기와 구조적 특징을 이용한 겔 전기 영동 방법이 주로 사용되었다. 그 후에는 역전사 반응과 중합효소 연쇄반응을 접목시킨 역전사 중합효소 연쇄반응(RT-PCR) 방법이 활용되었고, 그에 대한 효율적인 결과 확인을 위해 형광 물질을 도입한 실시간 역전사 중합효소 연쇄반응(Real-time RT-PCR)이 도입되었다. 그러나 그들은 온도를 변화시키기 위한 값비싼 기기와 전문적인 인력이 필요함으로 현장에서는 활용되기가 어렵다. 최근 개발된 고리 기반의 등온 증폭법(Loop-mediated isothermal amplification)의 경우, 온도의 변화가 필요 없어 비싼 온도 조절 기기가 필요하지 않다. 또한 매우 높은 증폭 효율을 지니며 반응 시간이 짧은 등의 여러 장점을 지니고 있기에 최근 현장 진단용 기술에 도입되고 있다. 이러한 배경으로, 이 총설에서는 바이로이드 유발 질병에 대하여 요약하고 그에 대한 검출 및 진단 방법에 대한 연구 동향에 대하여 기술하였다.
DWV, IAPV, KBV, SBV, BQCV, kSBV, SBPV and Paenibacillus larvae, Mellisococcus plutonius, Lysinibacillus fusiformis, Klebsiella oxytoca의 뒤영벌 병원체들에 대한 다중 실시간 중합효소 연쇄반응법(PCR)을 개발하였다. 하나의 시료에서 추출된 핵산은 11종 PCR들에 같은 시간 및 조건으로 사용될 수 있으며, 각 병원체 특이 표적 DNA가 PCR 기질로 1000분자가 존재한다면, 해당 특이 PCR 증폭산물들은 정성적, 정량적으로 20분안에 성공적으로 증폭되었다. 우리가 제안하는 이 다중 PCR 검출법이 뒤영벌의 국제교역을 위한 검역검사에 사용되기를 기대한다.
치아우식중의 원인균 중 하나인 Streptococcus mutans를 종 수준에서 동정할 수 있는 중합효소연쇄반응 프라이머를 개발하기 위하여 본 연구를 시행하였다. 표준균주인 S. mutans ATCC $25175^T$및 본 연구에서 이용된 S. mutans 균주들의 16S rRNA 유전자 핵산염기서열을 바탕으로 S. mutans 종-특이 중합효소연쇄반응 프라이머(ChDC-SmF2와 ChDC-SmR2)를 설계 및 제작하였다. 프라이머의 특이도는 S. mutans 11균주와 구강 내 존재하는 12세 균 종(22균주)을 대상으로 실시하였다. 프라이머의 민감도는표준균주인 S. mutans ATCC $25175^T$의 유전체 DNA를 추출하여 실시하였다. 프라이머의 특이도 실험결과 10균주의 S. mutans 유전체 DNA에서만 종-특이 중합효소 연쇄반응 산물이 증폭되었고, 다른세균종의 유전체 DNA에서는 증폭되지 않았다. 또한 감수성 실험 결과 본 연구에서 사용된 프라이머는 direct PCR에 의해 S. mutans ATCC $25175T\^T$ 유전체 DNA 100 pg까지 검출 할 수 있었다. 또한 27F와 1492R 프라이머로 16S rDNA를 먼저 증폭한 다음, 이 증폭물 10배 회식한 것을 표적으로 해서 nested PCR을 시행한 결과 S. mutans ATCC $25175^T$ 유전체 DNA를 2 fg까지 검출할 수 있었다. 이상의 결과를 종합할 때, ChDC-SmF2와 ChDC-SmR2 프라이머들은 S. mutans 균주 유전체 DNA에 대한 높은 민감도를 가지고 있으며, 종-특이적으로 동정 및 검출하는 데 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
역전사 중합효소 연쇄반응(RT-PCR)을 이용하여 담배(Nicotiana glutinosa)에 증식시킨 7종의 오이 모자이크 바이러스(CMV)를 검정하였다. RT-PCR을 위한 간단하고 신속한 바이러스 핵산의 조즙액 추출법이 개발되었으며, CMV 외피단백질 유전자 부위를 기초로 하여 제작한 20개의 염기로 구성된 primer를 사용하여 RT-PCR을 실시한 결과, 약 490 염기쌍의 DNA 단편들이 이병식물의 조즙액으로부터 증폭되었다. EcoRI 및 MspI을 이용한 RT-PCR 산물의 분석에 의하여, 공시한 7종의 바이러스는 모두 CMV subgroup I으로 동정되었다. Ouchterlony 한천젤 이중 확산법을 이용한 항혈청 검정에서도 7종의 바이러스 모두 CMV-Y의 항혈청과 단일의 침강선을 형성하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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