초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
식품유해물질 검출을 위한 저가형 고감도 나노바이오 센서기술 및 휴대기기 개발을 위해 식품 유래 생물학적 유해균 및 유해화학물질을 특이적으로 인식할 수 있는 나노바이오리포터 개발을 목표로 함. 세부적으로 본 연구에서는 가공 채소류, 곡류 및 콩류에 존재하는 농약 2종, 독소 1종에 대한 앱타머를 개발하고,기 개발된 생물학적 유해균(Staphylococcus Aureus, Listeria, Salmonella) 앱타머를 이용하여 총 6종의 나노바이오 리포터를 개발하고자 함.

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
식품유해물질 검출을 위한 저가형 고감도 나노바이오 센서기술 및 휴대기기 개발을 위해 식품 유래 생물학적 유해균 및 유해화학물질을 특이적으로 인식할 수 있는 나노바이오리포터 개발을 목표로 함. 세부적으로 본 연구에서는 가공 채소류, 곡류 및 콩류에 존재하는 농약 2종, 독소 1종에 대한 앱타머를 개발하고,기 개발된 생물학적 유해균(Staphylococcus Aureus, Listeria, Salmonella) 앱타머를 이용하여 총 6종의 나노바이오 리포터를 개발하고자 함.

○ 전체 내용
❍ 식품 유해 화학 물질 나노바이오 리포터 개발
• 가공 채소류, 곡류 및 콩류에 존재하는 농약 후보군 (Glyphosate, Aminomethylphosphonic acid, Methomyl, Saflufenacil, Thiamethoxam, 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid, Dicamba) 중 2종류에 대하여 SELEX 기법을 통해 앱타머 개발
• 가공 채소류, 곡류, 콩류에 존재하는 아플라톡신 (G1, G2) 중 1종에 대하여 SELEX 기법을 이용하여 앱타머 개발
• 개발한 식품 유해 화학 물질 앱타머의 공통서열 분석 및 truncated 앱타머 개발

❍ 식품 생물학적 유해균 나노바이오 리포터 개발
• 이미 개발된 식중독균 (Staphylococcus Aureus, Listeria, Salmonella)에 대한 앱타머를 truncation 등의 modification을 통하여 가공 채소류, 곡류 및 콩류에서 특이성 및 친화도가향상된 나노바이오리포터 개발

○ 1단계
□ 목표
1년차
• 농약 후보군 중 1종에 대한 앱타머 개발 및 성능 평가
(식품 내 spiking 하여 센서 개발에 적용해 성능 검증)
• 앱타머의 특이성: ≥90%, 친화도: ≤100 nM

2년차
• 농약 후보군 중 1종에 대한 앱타머 개발 및 성능평가
(식품 내 spiking 하여 센서 개발에 적용해 성능 검증)
• 앱타머의 특이성: ≥90%, 친화도: ≤100 nM

3년차
• 아플라톡신 후보군(G1, G2) 중 1종에 대한 앱타머 개발 및 성능평가
(식품 내 spiking 하여 센서 개발에 적용해 성능 검증)
• 앱타머의 특이성: ≥90%, 친화도: ≤100 nM

□ 내용
1년차
• 선정한 농약 1종의 타겟의 전처리 시료 및 실제 검출 샘플용액을 고려하여 타겟에 적합한 SELEX 조건의 최적화
• 최적화된 SELEX 조건에서 SELEX 수행을 통해 타겟에 특이적으로 결합하는 앱타머 후보군 획득
• 금 나노입자 기반 색도 분석, ITC 등의 다양한 분석방법을 이용하여, 앱타머 후보군의 타겟과의 반응성, 친화성,결합능을 분석
• 식품 전처리 샘플 내에 해당 농약 타겟을 spiking 한 후 앱타머와 타겟간의 특이성, 친화도를 분석

2년차
• 선정한 농약 1종의 타겟의 전처리 시료 및 실제 검출 샘플 용액을 고려하여 타겟에 적합한 SELEX 조건의 최적화
• 최적화된 SELEX 조건에서 SELEX 수행을 통해 타겟에 특이적으로 결합하는 앱타머 후보군 획득
• 금 나노입자 기반 색도 분석, ITC 등의 다양한 분석방법을 이용하여, 앱타머 후보군의 타겟과의 반응성, 친화성,결합능을 분석
• 식품 전처리 샘플 내에 해당 농약 타겟을 spiking 한 후 앱타머와 타겟간의 특이성, 친화도를 분석

3년차
• 선정한 아플라톡신 1종의 타겟의 전처리 시료 및 실제 검출 샘플 용액을 고려하여 타겟에 적합한 SELEX 조건의 최적화
• 최적화된 SELEX 조건에서 SELEX 수행을 통해 타겟에 특이적으로 결합하는 앱타머 후보군 획득
• 금 나노입자 기반 색도 분석, ITC 등의 다양한 분석방법을 이용하여, 앱타머 후보군의 타겟과의 반응성, 친화성,결합능을 분석
• 식품 전처리 샘플 내에 해당 농약 타겟을 spiking 한 후 앱타머와 타겟간의 특이성, 친화도를 분석

○ 2단계
□ 목표
1년차
• 개발된 앱타머 성능 향상 연구
• 생물학적 유해균 1종에 대한 바이오 리포터 개발
(식품 내 spiking 하여 센서 개발에 적용해 성능 검증)
• 앱타머의 특이성: ≥90%, 친화도: ≤100 nM
• 1차 시작품을 이용한 타겟 검출 실험

2년차
• 쌍 앱타머 개발
• 생물학적 유해균 1종에 대한 바이오리포터 개발
(식품 내 spiking 하여 센서 개발에 적용해 성능 검증)
• 앱타머의 특이성: ≥90%, 친화도: ≤100 nM
• 시작품을 이용한 타겟 검출에서의 나노 바이오리포터 성능 보완

3년차
• 쌍 앱타머 개발
• 생물학적 유해균 1종에 대한 바이오리포터 개발 (식품 내 spiking 하여 센서 개발에 적용해 성능 검증)
• 앱타머의 특이성: ≥90%, 친화도: ≤100 nM
• 시작품을 이용한 타겟 검출에서의 나노 바이오리포터 성능보완

□ 내용
1년차
• 개발된 생물학적 유해균 앱타머 및 유해화학물질 앱타머의 서열 분석을 통한 각 타겟 앱타머 별 공통서열 분석 및 성능분석
• 개발된 생물학적 유해균 앱타머 1종 앱타머 및 유해화학물질 앱타머 공통서열과 각 타겟과의 특이성 및 친화도 확인
• 식품 전처리 샘플 내에 해당 농약 타겟을 spiking 한 후 앱타머와 타겟간의 특이성, 친화도를 분석
• 3차년도에 개발된 다중 검지 기술이 적용된 시작품에 나노바이오리포터 적용 평가 수행(제1세부와 협력)

2년차
• 개발된 생물학적 유해균 앱타머 및 유해화학물질 앱타머의 서열 분석을 통한 각 타겟 앱타머 별 공통서열 분석 및 성능분석, 바이오나노리포터 개발
• 개발한 truncated 앱타머 및 생물학적 유해균 앱타머를 이용한 나노바이오 리포터의 식품 전처리 샘플 내에 해당 타겟을 spiking 한 후 앱타머와 타겟간의 특이성, 친화도 분석
• 시작품을 이용한 실제 식품샘플(두유)에 대하여 타겟 종류에 다른 분석결과로부터 보안점 제시 및 실용화 가능 수준의 친화도 및 특이성 확보

3년차
• 개발된 생물학적 유해균 앱타머 및 유해화학물질 앱타머의 서열 분석을 통한 각 타겟 앱타머 별 공통서열 분석 및 성능 분석, 바이오나노리포터 개발
• 개발한 truncated 앱타머 및 생물학적 유해균 앱타머를 이용한 나노바이오 리포터의 식품 전처리 샘플 내에 해당 타겟을 spiking한 후 앱타머와 타겟간의 특이성, 친화도 분석
• 시작품을 이용한 실제 식품샘플 (두유)에 대하여 타겟 종류에 다른 분석결과로부터 보안점 제시 및 실용화 가능 수준의 친화도 및 특이성 확보

□ 연구개발성과
• 식품 농약종 2종, Saflufenacil 과 Thiamethoxam에 대한 앱타머 개발
• 식품 유해화학물질 아플라톡신 G1 특이적 앱타머 개발
• Staphylococcus Aureus 특이적 쌍 앱타머 개발
• 기 개발된 앱타머 이용하여 Edifenphos, Tebuconazole truncated 앱타머 2종 개발 및 민감도 향상 연구

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
• 현재의 농약 검출방법인 HPLC, GC 등은 현장에서 사용되기에는 어려움이 있음. 식품 유해화학물질 등에 대한 앱타머 개발은 식품에 존재하는 농약 및 독소에 대한 고속 현장검출이 가능하고, 다양한 기술 배경이 검출 센서 및 키트에 적용이가능함.
• 치료제, 진단기술, 바이오센서, 분자 이미징, 표적지향성 약물전달기술 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 앱타머에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 가운데, 농약, 독소 및 유해균에 대한 앱타머 개발은 식품 안전뿐만 아니라, 환경 모니터링 등에 활용되어, 국민 보건에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대됨.
• 또한, 앱타머는 항체보다 가격이 경제적이기에 식품에 존재하는 농약 및 독소현장검출에 드는 비용을 줄일 수 있음.
• 이는 세계적으로 활발히 연구가 진행되고 있으며, 앞으로의 시장가치가 큰 앱타머 관련 원천기술을 확보함으로써, 학문적 가치뿐만 아니라 산업적 응용 측면에서도 막대한 파급효과를 가질 것을 의미함.

(출처 : 요약문 2p)