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구제역바이러스 혈청형 A 검출을 위한 peptide nucleic acid (PNA)기반 multiplex real-time RT-PCR 개발
Developing peptide nucleic acid based multiplex real time RT-PCR to detect Foot-and-Mouth-Disease virus Serotype A 원문보기

韓國家畜衛生學會誌 = Korean journal of veterinary service, v.42 no.1, 2019년, pp.31 - 37  

이진우 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  이수미 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  나진주 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  유소윤 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  신문균 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  김태성 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  하병석 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  이현지 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  박혜진 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  이정원 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  정세민 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  위성환 (농림축산검역본부 구제역진단과) ,  구복경 (농림축산검역본부 구제역진단과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

There have been a total tenth FMD outbreaks in Korea and for the first time, type O and A were detected simultaneously in 2017, which led to difficulties in FMD control. For the effective prevention of FMD, the importance of discrimination of serotypes became greater. Therefore, the most urgent requ...

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문제 정의

  • 그러므로 구제역의 신속하고 정확한 혈청형 감별은 백신수급 결정 등 방역정책과 연계되어 피해를 최소화 할수 있어 아주 중요하다. 따라서 본 연구는 민감도와 안정성이 높은 PNA를 이용하여 구제역 혈청형 A를 감별하고 동시에 2017년 연천 발생 바이러스와 연천 유사바이러스(96%)를 감별할 수 있는 다중 rRT-PCR을 개발 하였다. 이에 따라 향후 구제역 혈청형 A 발생 시 신속하게 A형에 대한 감별뿐만 아니라 2017년 연천발생 바이러스가 순환하고 있는지의 여부까지도 확인 가능하게 되었다.
  • 따라서 혈청형을 신속하고 정확하게 확인할 수 있는 민감도 높은 감별법이 필요하나(Reid etal, 2014) 기존의 TaqMan probe 기반의 real-time RT-PCR진단법으로 유전자 변이가 잦은 VP1 부위 이용 혈청형 감별법에 사용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 TaqMan probe 단점을 보완할 수 있는 감도와 특이도가 높은 PNA (Peptide Nucleic acid)물질을Probe로 이용하는 진단법을 개발하고자 하였다. PNA는 단백질 형태의 핵산으로서 기본 backbone은 폴리펩티드(polypeptide) 구조를 형성하고 있으며 화학구조의 특징은 sugar backbone이 polyamide N-(2-aminoethly)glycine으로 대체 된 것으로 이런 backbone 구조덕분에 세포내에서도 아주 높은 안정성을 가지게 되는 것으로 알려져 있다(Pooga et al, 2001; Vilaivan,2018).
  • 따라서 PNAprobe의 nucleotide와 이에 상보적으로 결합하는 DNA의 nucleotide의 차이에 따른 Tm값의 변화를 진단에 활용하여 사용할 수 있다(Pooga et al, 2001; Jeong etal, 2009). 본 연구는 PNA로 알려져 있는 민감도 높으면서 안정성이 높은 신물질을 이용해서 구제역 혈청형 A를 감별하고 동시에 2017년 연천 발생주와 유사연천주(96%)를 감별할 수 있는 다중 rRT-PCR을 개발하고자 하였다.
  • 그러나 국내 구제역 발생은 백신접종으로 인해 수포형성 등 전형적인 임상증상 관찰이 어려울 뿐만 아니라 바이러스가 타액으로 분비되는 양이 낮아 혈청형 감별이 어려울 수 있어 이에 대한 대책이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 높은 안정성과 유전자 결합성을 가진 인공 핵산 분자로서(Pooga et al, 2001; Vilaivan et al, 2018) 민감도가 높으며 변이에 따라 Tm 값만 변해 변이에 안정적인 특징을 가지고 있는 PNA probe를 기반으로 한 rRT-PCR방법을 고안하였다. PNA 기반 rRT-PCR은 구제역 혈청형 A 모두를 진단함과 동시에 2017년 연천에서 발생한 FMDVA/ASIA/SEA97을 특이적으로 감별하도록 설계되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
OIE 매뉴얼에서 권고하는 표준 진단법인 항원 ELISA의 특징은 무엇인가? VP1부위는 구제역 유전자 중에서 가장 변이가 심한 것으로 알려져 있으며 혈청형 및 유전형 확진을 위한 VP1염기서열 분석법은 결과를 얻는 데 24시간 이상 소요된다(Abeyratne et al, 2018). 그 외 OIE 매뉴얼에서 권고하는 표준 진단법인 항원 ELISA는 변이가 가장 많이 관찰되는 VP1 부위를 단백질 수준에서 안정적으로 감별 진단할 수 있는 장점은 있으나 민감도가 다소 낮은 것으로 알려져 있다(Reid et al, 2000).
본 연구에서 기존 TaqMan probe 단점을 보완할 수 있는 PNA (Peptide Nucleic acid)물질을Probe로 이용하는 진단법을 개발한 이유는 무엇인가? 구제역발생 시 혈청형이 감별되지 않을 경우 백신정책 수행에 큰 문제가 발생할 수 있어 이에 대한 대책이 필요한 실정이다. 따라서 혈청형을 신속하고 정확하게 확인할 수 있는 민감도 높은 감별법이 필요하나(Reid etal, 2014) 기존의 TaqMan probe 기반의 real-time RT-PCR진단법으로 유전자 변이가 잦은 VP1 부위 이용 혈청형 감별법에 사용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 TaqMan probe 단점을 보완할 수 있는 감도와 특이도가 높은 PNA (Peptide Nucleic acid)물질을Probe로 이용하는 진단법을 개발하고자 하였다.
구제역 바이러스란? 구제역 바이러스(FMDV)는 Picornaviridae과의 Aphthovirus속에 속하며 약 8.4 kb 크기의 positive senseRNA로 알려져 있다(Rweyemamu et al, 2008; Jamal etal, 2013). 구제역은 바이러스 유전자의 VP1 (캡시드단백질)을 코딩하는 영역의 유전적 다양성(30%∼50%)에 기초하여 O, A, Asia1, C, Southern AfricaTerritories (SAT) 1, SAT2 및 SAT3의 7가지 혈청형으로 구분된다(Alexandersen and Mowat, 2005).
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참고문헌 (13)

  1. Abeyratne SAE, Amarasekera SSC, Ranaweera LT, Salpadoru TB, Thilakarathne, SMNK, Knowles NJ, Wadsworth J, Puvanendiran S, Kothalawala H, Jayathilake BK, Wijithasiri HA, Chandrasena MMPSK, Sooriyapathirana SDSS. 2018. The phylogeneticanalysis of VP1 genomic region in foot-and-mouth disease virus serotype O isolates in Sri Lanka reveals the existence of 'Srl-97', a newly named endemic lineage. PLo S One 13: e0194077. 

  2. Alexandersen S, Mowat N. 2005. Foot-and-mouth disease: host range and pathogenesis. Curr Top Microbio lImmunol 288: 9-42. 

  3. Grubman MJ, Baxt B. 2004. Foot-and-mouth disease. Clin Microbiol Rev 17: 465-93. 

  4. Hur D, Kim MS, Song MS, Jung JW, Park HK. 2015. Detection of genetic variation using dual-labeled peptide nucleicacid (PNA) probe-based melting pointanalysis. Biol Proced Online 17: 14. 

  5. Jamal SM, Belsham GJ. 2013. Foot-and-mouth disease: past, present and future. VetRes 44: 116. 

  6. Jeong DJ, Jeong YJ, Wenxia M, Park SY, Choi YJ, Kim CJ. 2009. Applications of Peptide Nucleic Acid (PNA) in the Biomedicine. Journal of Soonchunhyang Medical Science 15: 51-58. 

  7. Knowles NJ, Samuel AR. 2003. Molecular epidemiology of foot-and-mouth disease virus. Virus Res 91: 65-80. 

  8. Park JH, Lee KN, Ko YJ, Kim SM, Lee HS, Shin YK, Sohn HJ, Park JY, Yeh JY, Lee YH, Kim MJ, Joo YS, Yoon HC, Yoon SS, Cho IS, Kim BH. 2013. Control of foot-and-mouth disease during 2010-2011 epidemic, South Korea. Emerg Infect Dis 19: 655-659. 

  9. Pooga M, Land T, Bartfai T, Langel U. 2001. PNA oligomers as tools for specific modulation of gene expression. Biomol Eng 17: 183-192. 

  10. Reid S.M, Ferris NP, Hutchings GH, Samuel AR, Knowles NJ. 2000. Primary diagnosis of Foot-and-mouth disease by reversetranscription polymerase chain reaction. J Virol Methods 89: 167-176. 

  11. Reid SM, Mioulet V, Knowles NJ, Shirazi N, Belsham GJ, King DP. 2014. Development of tailored real-time RT-PCR assays for the detection and differentiation of serotype O, A and Asia-1 foot-and-mouth disease virus lineage scirculating in the Middle East. J Virol Methods 207: 146-153. 

  12. Rweyemamu M, Roeder P, Mackay D, Sumption K, Brownlie J, Leforban Y, Valarcher JF, Knowles NJ, Saraiva V. 2008. Epidemiological patterns of foot-and-mouth disease world wide. Transbound Emerg Dis 5557-5572. 

  13. Vilaivan T. 2018. Fluorogenic PNA probes. Beilstein J Org Chem 14: 253-281. 

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