[논문]SARS-CoV-2의 진단기술

김종식; 강나경; 박선미; 이은주; 정경태

doi:10.5352/jls.2020.30.8.731

SARS-CoV-2의 진단기술
Diagnostic Techniques for SARS-CoV-2 Detection 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.30 no.8, 2020년, pp.731 - 741

김종식 (국립안동대학교 생명공학부) , 강나경 (동의대학교 임상병리학과) , 박선미 (동의대학교 임상병리학과) , 이은주 (국립안동대학교 생명공학부) , 정경태 (동의대학교 임상병리학과)

초록
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코로나바이러스감염증-19(COVID-19)는 SARS-CoV-2에 의해 발병된다. 지금까지 인간에게 감염되는 7 가지 종류의 코로나 바이러스가 보고되었다. 그 중, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63, 그리고 HCoV-HKU1 등 4종류의 코로나바이러스는 감기와 같은 단순 호흡기 질환을 유발한다고 보고되었다. 반면, SARS-CoV는 2002년에, MERS-CoV는 2012년에 각각 대유행을 일으킨 바 있다. 가장 최근에는 2019년 12월 중국 우한에서 처음 보고된 SARS-CoV-2가 전세계적인 대유행의 원인이 되고 있다. 이러한 SARS-CoV-2를 진단하고, 치료하고, 예방하기 위해서는 신속 정확한 진단키트, 치료제, 그리고 안전한 백신의 개발의 필수적으로 요구된다. 이러한 강력한 도구들을 개발하기 위해서는 SARS-CoV-2의 표현형, 유전자형, 그리고 생활주기 등의 연구가 선행되어야 한다. SARS-CoV-2의 진단기술은 현재 크게 두가지의 큰 분야인 분자진단과 면역혈청학적 진단으로 구분할 수 있다. 분자진단의 경우 SARS-CoV-2의 유전체를 대상으로 하며, 면역혈청학적 진단은 SARS-CoV-2의 항원 단백질 혹은 SARS-CoV-2에 대한 항체를 대상으로 한다. 본 총설에서는 SARS-CoV-2의 표현형, 유전체 구조, 그리고 유전자 발현에 대해서 정리하고, SARS-CoV-2에 대한 다양한 진단 기술 등에 대한 기초지식을 제공하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Coronavirus disease 19 (COVID-19) is caused by SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory SyndromeCoronavirus 2). To date, seven coronaviruses that can infect humans were reported. Among them, infections with four coronavirus strains (HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63, and HCoV-HKU1) resulted in mild symptoms such as common cold, whereas SARS-CoV and MERS-CoV caused severe symptoms and epidemics in 2002 and 2012, respectively. In the most recent, SARS-CoV-2 was first reported in Wuhan, China in December 2019 and became a notorious cause of the ongoing global pandemics. To diagnose, treat, and prevent COVID-19, the development of rapid and accurate diagnostic tools, specific therapeutic drugs, and safe vaccines essentially are required. In order to develop these powerful tools, it is prerequisite to understand a phenotype, a genotype, and life cycle of SARS-CoV-2. Diagnostic techniques have been developing rapidly around world and many countries take the fast track system to accelerate approval. Approved diagnostic devices are rapidly growing facing to urgent demand to identify carriers. Currently developed commercial diagnostic devices are divided into mainly two categories: molecular assay and serological & immunological assay. Molecular assays begins the reverse transcription step following polymerase chain reaction or isothermal amplification. Immunological assay targets SARS-CoV-2 antigen or anti-SARS-CoV-2 antibody of samples. In this review, we summarize the phenotype, genome structure and gene expression of SARS-CoV-2 and provide the knowledge on various diagnostic techniques for SARS-CoV-2.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. The virion structure and genomic structure of SARS-CoV-2.
그림 Fig. 2. Quantitative rRT-PCR diagnostic technique.
표 Table 1. Selected molecular technology devices approved by Korea MFDS (Aug. 06. 2020)
그림 Fig. 3. Process flow of RT-LAMP.
표 Table 2. Selected molecular technology devices recently approved by FDA (Aug. 06. 2020)
그림 Fig. 4. Detect of SARS-Cov-2 antigen using sandwich technique.
표 Table 3. Selected SARS-CoV-2 antigen-target devices approved by Korea MFDS (Aug. 06. 2020)
그림 Fig 5. Diagram of lateral flow immune assay.
표 Table 4. SARS-CoV-2 antigen-target devices approved by FDA (Aug. 06. 2020)
표 Table 5. Selected SARS-CoV-2 antibody-target devices approved by Korea MFDS (Aug. 06. 2020)
표 Table 6. Selected SARS-CoV-2 antibody-target devices approved by FDA (Aug. 06. 2020)

AI 본문요약
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문제 정의

유래없이 유병율이 높은 SARS-CoV-2 진단도 다른 감염성 질환과 마찬가지로 검사 기준은 검체에서 면역혈청학적인 항원 또는 항체 검출 그리고 핵산을 검출하는 방법이다. 다음에서 SARS-CoV-2에 대한 대표적인 핵산검출 진단검사법과 면역혈청학적인 진단검사법을 소개한다.
따라서, 본 총설에서는 SARS-CoV-2의 phenotype, genotype과 이들을 이용한 분자진단법과 면역혈청학적 진단법 중에서 대표적인 기술에 대한 정보를 제공하고자 한다.
이 총설에서 현재까지 승인을 받은 모든 제품의 원리와 기술에 대해서 서술을 하지는 못했지만 대표적인 방법을 소개함으로 SARS-CoV-2 검사에 대한 이해를 돕고자 하였다. 여기서 다 소개하지 못한 검사키트에 대한 것은 긴급사용승인을 획득한 제품군을 공지하고 있는 국가기관의 웹사이트를 참고하면 더욱 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 여겨진다[10, 11, 18, 30].
항원을 검사하는 방법은 SARS-CoV-2 바이러스의 구성 분자를 검사 표적으로 하며, 현재 감염을 진단하는데 적용된다. 항원검사법은 Sandwich법과 원리적으로 동일하기 때문에 여기서는 항체를 검사하는 방법을 소개한다. 항체는 SARS-CoV-2 바이러스의 감염 후에도 일정기간 동안 인체 내에 존재함으로 현재(현성) 감염 뿐만 아니라, 환자의 회복 상태 추정하거나, 치료 효과, 역학 조사, 백신의 유용성 등을 평가하는데 사용될 수 있다[46].
표적분자가 항원 또는 항체이냐에 따라 검사장비 또는 검사키트를 개발하는 전략이 다르며, 그에 따른 결과의 해석 활용도도 달라지게 된다[56]. 항원이 표적분자일 경우와 항체가 표적분자일 경우의 대표적인 검사방법을 따로 소개하고자 한다.

가설 설정

Diagram of lateral flow immune assay. A. When whole blood or serum sample is added to the sample pad, the sample diffuses and reacts with the antibodies bound on the membrane. B.
B. If the patient's sample contains anti-SARS-Cov-2 antibody, the patient's antibody is captured by anti-human IgM or IgG antibody which is produced in an animal such as rabbit.

제안 방법

검사를 위한 검체는 주로 상기도 또는 하기도에서 채취를 하며, 경우에 따라서는 혈청이나 분변을 검체로 사용하기도 한다. 채취한 검체에서 RNA를 추출하고 reverse transcriptase를 사용하여 RNA에서 cDNA로 만든 후 SARS-CoV-2핵산의 특이 영역에 해당하는 곳에 상보적인 primer를 사용하여 증폭되는 DNA를 실시간으로 측정하여 DNA의 증폭 유무에 따라서 SARS-CoV-2 감염 여부를 판단하게 된다. 대부분의 국가에 사용하는 quantitative rtPCR을 위한 검사과정과 primer의 표적위치를 Fig.

대상 데이터

SARSCoV-2 RT-PCR의 분석 정확도는 주로 primer 위치에 의존한다. 분석 표적 영역은 SARS-CoV-2 게놈의 E, N, S, Orf1ab 영역에서 선택되며 인간 RNase P가 내부 양성 대조군으로 사용된다. CDC에서는 N 유전자를 사용하는 반면, 다른 나라에서는 E 유전자 뿐만 아니라 RdRp와 같은 다른 영역의 유전자를 표적으로 사용하고 있다[28, 57].

후속연구

SARS-CoV-2 바이러스에 대응하는 항체는 감염 3~4 주에 IgM에서 IgG로 혈청 내 전환이 나타나서 감염 7 주재에는 IgM 이 거의 사라지며, IgG는 지속적으로 존재하는 것으로 알려져 있다[35]. 따라서 항체검사를 통해 IgM과 IgG의 혈청 내 존재 여부를 안다면 환자의 감염 시기 추정할 수 있는 자료가 될수 있다. Fig.
이 총설에서 소개하였듯이 현재 주된 핵산검사법은 quantitative rt-PCR이 주종을 이루고 있고[8], RT-LAMP법은 상대적으로 적은 수의 제품이 FDA승인을 받은 상태이지만 향후 더욱 개발되어 다양하게 사용될 것으로 예상된다. 이 두 방법 외에도 진단과 연구를 위한 분자진단법이 개발 중에 있으나 짧은 시간 내의 상용화는 어려울 것으로 예상된다.
전세계적으로 유행하고 있는 SARS-CoV-2에 대응하기 위한 국가를 초월한 여러 분야에서 지속적인 연구가 진행 중이며, 진단검사 방법도 민감도와 특이성이 높으면서도 사용이 쉬우면서 신속한 검사법이 더 개발될 것으로 생각된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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