초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
[제1세부]
◯ 연구의 목적: DDT 인지리간드를 활용한 DDT감지 가시화 기술 및 감지 키트 개발
◯ 연구개발 내용
1) DDT 인지리간드 탐색 및 감지를 위한 가시화 기술 개발
- DDT인지 결합단백질의 고속 탐색과 효율적 생산
- DDT결합단백질을 이용한 DDT감지 가시화 기술개발
2) DDT 감지의 가시화 및 정량화 기술개발
- 골드나노파티클을 이용한 DDT결합단백질의 표면고정화
- RET현상을 이용한 DDT인지 가시화
- DDT감지 가시화를 통한

□ 연구의 목적 및 내용
[제1세부]
◯ 연구의 목적: DDT 인지리간드를 활용한 DDT감지 가시화 기술 및 감지 키트 개발
◯ 연구개발 내용
1) DDT 인지리간드 탐색 및 감지를 위한 가시화 기술 개발
- DDT인지 결합단백질의 고속 탐색과 효율적 생산
- DDT결합단백질을 이용한 DDT감지 가시화 기술개발
2) DDT 감지의 가시화 및 정량화 기술개발
- 골드나노파티클을 이용한 DDT결합단백질의 표면고정화
- RET현상을 이용한 DDT인지 가시화
- DDT감지 가시화를 통한 정량적 분석기술 개발
3) DDT 모니터링을 위한 감지 키트 개발
- DDT감지 가시화기술을 위한 바이오잉크의 개발
- DDT감지 감지 키트의 개발
- DDT의 현장검출 증명

[제2세부]
◯ 연구의 목적: 본 연구는 유기인계 특이적 감지용 유전자회로 구축 및 저가형 잔류농약 감지 키트 개발을 목적으로 함. 이를 위해서 다음과 같은 세 개의 연구 내용을 수행함.
◯ 연구개발 내용
- 유기인계 농약 분해용 Methyl parathion hydrolase 효소를 장착한 유기인계 농약 감지를 위한 유전자 회로를 구축하고 최적화함.
- 유기인계 농약 감지 유전자회로에 다양한 DmpR 변이체를 어레이로 이용하여 유기인계 잔류농약별 감지 특이성 향상
- 3D 프린팅, 아두이노, 스마트폰 앱 활용한 저가형 유해물 모니터링 디바이스 구축
- 감지 키트의 현장 적용을 위한 포장 샘플 조건 탐색 및 검증

[제1협동]
◯ 연구개발 내용
-‘살충제 계란(’17.7)’ 파동으로 농식품 안전관리가 사회 이슈화
- 경산, 영천 유기 양계 농가 DDT 오염 계란은 방사장 토양이 원인으로 판별됨(농진청)
- 농업환경 중 유해잔류물질의 효율적인 모니터링 조사를 위해 현장에서 신속하게 이들의 잔류량을 확인할 수 있는 바이오센서 개발 필요
- 개발된 바이오센서의 기존 화학적 분석 및 정밀기기 분석방법과의 비교 검토를 통한 현장 적용성 향상 필요

□ 연구개발성과
[제1세부]
1) DDT결합단백질의 확보
- DDT와 결합하는 다클론항체(pAb) 확보하고 대량정제 특성분석
- DDT와 결합하는 단일클론항체(mAb)를 확보하고 대량으로 생산
- 다클론항체(pAb)보다 비특이적 반응이 감소함을 확인
- DDT 결합단백질의 결합력이 높은 mAb확보 및 DNA 서열 분석 완료
2) 현장 진단용 센서 제작
- DDT 현장 분석을 위한 Lateral flow immunoassay(LFA)센서 제작
- DDT현장분석이 가능한 ELISA개발 완료
3) 소형 형광측정기 사업화
- 소형형광측정기 시제품제작

[제2세부]
1) 개량된 dmpR 유전자와 Fenitrothion 분해 효소 유전자 MPH, 그리고 리포터를 조합한 감지 유전자회로 개발. 1ppm 이하 Fenitrothion 감지능. Fenitrothion 외 EPN, Paraoxon-ethyl 유기인계 성분들의 감지 확인. 기존 기술에 비해 간단한 전처리 및 빠른 감지로 (5시간) 미생물 센서를 이용하므로 저가로 대량의 샘플 처리 가능. 실제 포장시료 감지 작동 확인 및 기기 분석 결과와 높은 유사도 확인
2) 센서 집합체를 사용하여 평균 85% 이상의 유해물 식별 성능을 갖춘 유전자회로 개발. 유해물의 농도를 예측하기 위한 적합도, LOD, dynamic range 등의 지표에서 모두 단일 센서에 비해 향상된 성능 (논문출판 IF 10.256, 특허 우선권 출원 10-2018-0147608)
3) 아두이노 기반 모터/레이저 컨트롤과 3D프린팅을 이용한 맞춤형 프레임 디자인, 그리고 스마트폰을 활용한 이미지 분석시스템 이용하여 휴대형 감지기의 센서에서 발현되는 형광을 원거리에서 감지할 수 있는 바이오융합형 디바이스를 개발함. 농업기술박람회와 (2019.6) 한국생물공학회 추계학술대회 출품 우수상 수상
4) 실제 포장에서 처리한 식물 및 토양 시료에 대한 센서 어레이 검증

[제1협동]
- 토양 중 DDT의 작물흡수․이행 및 제거기술 개발
- 기존 잔류성유기염소계농약 검출지역(경산) 정밀조사
- 국내 유기축산 인증 양계농가 및 젖소, 육우 사육농가 방사지 토양, 물,사료작물에 대한 잔류성유기염소계 농약의 노출량 평가 및 안전성 확인
- 대상 작물 및 토양에 대한 spiking 비교시료 조제방법 확립
- 토양 및 작물 시료에 대한 기존 화학적 분석법 및 바이오센서 기술의 비교 분석
- 개발된 바이오센서의 화학적 분석법과의 비교 검토를 통한 개발기술의 현장 적용성 평가
- 유해물질 모니터링 데이터의 신뢰성을 위한 검사방법, 조건 등의 표준화

□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
- 식품 및 환경에 잔류 중인 DDT의 신속한 감지에 사용되며 저가형 시스템의 간편한 조작법으로 전문가가 아닌 농민 등 일반 사용자들이 활용 가능
- 빠른 응답을 갖는 휴대용 DDT 바이오센서는 샘플내 농약이나 독성물질을 검출로 의료 분야에서 진단과 치료에까지 확장 가능
- 점차 확대되는 오염물질과 오염지역에 대한 감시용 키트를 제품화하여 경제적 가치 창출 기대
- 바이오센서 집합체와 기계학습의 융합을 통한 기존 바이오센서 기술의 식별 한계 극복
- 센서 종류, 기질 농도를 세분하여 추가 데이터를 수집할 경우 높은 성능 향상 기대할 수 있으며 자동화 시스템을 연계해서 빅데이터 수집가능
-고가의 장비 및 다양한 센서 반응을 필요로 하는 오염지역의 고가 장비 대체 가능하며 특히 지뢰, 스마트팜 환경 센서 등 미생물 기반 바이오센서 활용성 극대화 가능
- 농업환경 중 유해오염물질의 관리기준 설정 및 저감화 기초자료 제공
- 방사지, 방목지의 농약유래 잔류성유기오염물질 잔류량 평가 및 관리기준 설정
- 국내 유기농 축산지와 양계농가의 잔류성유기염소계 농약의 잔류성 평가로 POPs 등 유해물질 관련 사건·사고시 생산자(농민)의 불필요한 피해을 줄이고, 소비자(시민)들의 건강 위해 불안 요소 해소

(출처 : 국문 요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose&Contents
◯ Purposes : Development of monitoring and detection kit for DDT in agricultural environments
◯ Research contents
1) Screening of DDT-binding ligands and technology development of visualization of DDT monitoring
- High-throughput screening of DDT-binding proteins and t

□ Purpose&Contents
◯ Purposes : Development of monitoring and detection kit for DDT in agricultural environments
◯ Research contents
1) Screening of DDT-binding ligands and technology development of visualization of DDT monitoring
- High-throughput screening of DDT-binding proteins and their overproduction
- Development of technology to visualize the detection of DDT
2) Visualization of DDT detection and quantification
- Immobilization of DDT-binding proteins to the surface of Gold-nanoparticles
- Visualization of DDT detection by RET
- Development of quantitative analysis of DDT detection
3) Development of DDT detection kit and applications
- Development of DDT detection kit
- Application to detecting DDT in environmental samples

The purpose of this study is to establish a gene circuit for specific detection of organophosphorus and develop a low-cost pesticide residue detection kit. To this end, the following three studies were conducted.
- Constructing and optimizing a gene circuit for detecting organophosphorus pesticides equipped with methyl parathion hydrolase (MPH) enzyme for degradation of organophosphorus pesticides
- Improving detection specificity by using finger printing approach with mutant biosensor array
- Construction of a low-cost monitoring device using 3D printing, Arduino, and smartphone device

○ In 2017, pesticides were detected in eggs, and agri-food safety management became a social issue.
○ It is necessary to develop a biosensor that can quickly check the residual amount in the field for efficient monitoring and investigation of harmful residues in the agricultural environment.
○ It is necessary to improve the field applicability through comparative review of the developed biosensor with the existing precision instrument analysis method.

□ Results
[Project 1]
1) Screening of DDT-binding ligands
- Obtaining and characterization of polyclonal DDT-binding antibodies
- Obtaining and characterization of monoclonal DDT-binding antibodies
- Screeing of DDT-binding monoclonal antibodies with high binding affinity and obtaining of DNA sequences of antibodies
2) Manufacturing of prototype diagnostic DDT detection kit
- Making a prototype of lateral flow immunoassay(LFA) sensor
- Development of ELISA to monitoring DDT
3) Commercialization of a portable fluorescence detection
- Prototype of a portable fluorescence detection device

[Project 2]
- Development of a genetic circuit that combines the mutant dmpR gene, the Fenitrothion degrading enzyme gene MPH (Methyl parathion hydrolase), and a reporter. Fenitrothion detection below 1ppm. Detection and identificaiton of organophosphorous components, including EPN, Paraoxon-ethyl, and Fenitrothion. Compared to the existing technology, it shows simple pretreatment and fast detection time (5 hours).
- Development of a genetic circuit with an average of 85% true positive rate. Improved performance was shown in comparison to a single sensor in that fitness, LOD, and dynamic range for predicting the concentration of harmful substances (paper publication IF 10.256, patent application 10-2018-0147608)
- Developing a low-cost detection device that can detect fluorescence from biosensors. It was developed by an Arduino-based motor/laser control and a customized frame design using 3D printing, and an image analysis system using a smartphone. Received excellence award at the Agricultural Technology Fair and (2019.6) Korea Biotechnology Association Fall Conference

[Project 3]
- Development of technology for crop absorption and reduction of DDTs in soil
- Investigation residue of OCPs from contaminated area for long term
- Confirmation of the safety of the soil from organic livestock farming in Korea
- Sample Preparation to Quality Control for Fenitrothion Analysis in Soil and Crop
- Comparative analysis of instrument analysis and biosensor technology for soil and crop samples
- Standardization of methods and conditions for the reliability of hazardous substance monitoring data

□ Expected Contribution
- Ease to use the detection kit to monitoring DDT centents in food and enviromental samples with low price
- Expandable to developping a portable DDT biosensors to monitoring pesticides and toxic materials
- Economic value creation to introduce the product in the market of diagnostic products to analyse the pollutants in fooods and environmental samples
- Overcoming the identification limitations of existing biosensor technology by combining biosensors and machine learning
- If additional data is collected by subdividing sensor type and substrate concentration, high performance can be expected.
- It is possible to replace expensive equipment. In particular, it can maximize the utilization of microbial-based biosensors such as land mines and smart farm environmental sensors.
- Establishment of management standards for hazardous pollutants in agricultural environments and provision of basic data for reduction
- Evaluation of residual amount of persistent organic pollutants in radiated land and pasture land and establishment of management standards
- Relieving consumers' anxiety about incidents related domestic hazardous substances

(출처 : SUMMARY 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국 문 요 약 문 ... 4
• Summary ... 7
• 목차 ... 10
• 제 1 장 연구 개발 과제의 개요 ... 11
• 제 1 절 연구 개발 목적 ... 11
• 제 2 절 연구 개발의 필요성 ... 12
• 제 3 절 연구 개발 범위 ... 18
• 제 2 장 연구 수행 내용 및 결과 ... 22
• 제 1 절 제1세부 과제 ... 22
• 제 2 절 제2세부 과제 ... 44
• 제 3 절 제1협동 과제 ... 80
• 제 3 장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 105
• 제 1 절 목표대비 달성도 ... 105
• 제 2 절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타)를 기술 ... 107
• 제 4 장 연구 결과의 활용 계획 ... 108
• 제 5 장 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 110
• 제 6 장 연구시설·장비종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 111
• 제 7 장 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 112
• 제 8 장 기타사항 ... 113
• 제 9 장 참고문헌 ... 114
• 끝페이지 ... 118