초록 ▼

□ 연구개요
본 과제에서는 크리스퍼 기반 핵산 검출 방법에 핵심적으로 활용되고 있는 Cas12a 유전자 가위의 부수적 비서열 특이적 단일 가닥 DNA 절단 반응(trans-cleavage)을 고감도로 실시간 감지할 수 있는 단분자 형광 측정 기술과 Cas12a 유전자 가위에 의한 DNA 절단 활성을 조건 특이적으로 조절 및 제어하는 기술을 개발하고, 이를 바탕으로 DNA 절단 효율이 크게 증대된 변이체 Cas12a 유전자 가위와 DNA 절단 활성을 극대화시키는 salt 희석 기법을 개발해 매우 적은 양의 생체 핵산 분자를 유전

□ 연구개요
본 과제에서는 크리스퍼 기반 핵산 검출 방법에 핵심적으로 활용되고 있는 Cas12a 유전자 가위의 부수적 비서열 특이적 단일 가닥 DNA 절단 반응(trans-cleavage)을 고감도로 실시간 감지할 수 있는 단분자 형광 측정 기술과 Cas12a 유전자 가위에 의한 DNA 절단 활성을 조건 특이적으로 조절 및 제어하는 기술을 개발하고, 이를 바탕으로 DNA 절단 효율이 크게 증대된 변이체 Cas12a 유전자 가위와 DNA 절단 활성을 극대화시키는 salt 희석 기법을 개발해 매우 적은 양의 생체 핵산 분자를 유전자 증폭 없이 감지할 수 있는 무증폭 크리스퍼 기반 진단 기술을 제시하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
목표1: Cas12a의 단일 가닥 DNA trans-cleavage 반응의 단분자 형광 측정 기술 개발
형광 표지 ssDNA 및 표적 DNA를 이용한 Cas12a 유전자 가위의 서열 비특이적 DNA 절단(trans-cleavage) 반응의 실시간 단분자 다색 형광 측정법 개발에 성공함.
목표2: Cas12a 유전자 가위의 단일 가닥 DNA trans-cleavage 활성 조절 인자 발굴 및 제어 기술 개발
Cas12a 유전자 가위의 표적 핵산 인식 및 절단, trans-cleavage 활성화 단계 조절 및 제어 신규 인자 발굴 (마그네슘 이온 매개 DNA 절단 부위 국소 풀림 단계, DNA 절단 부위의 단백질 촉매 부위 결함 단계, 연구결과 미국 국립과학원회보 게재)
Cas12a 유전자 가위의 DNA 절단 반응에서 활성-비활성 배위 금속 교환을 통해 DNA 절단 활성을 제어하는 기술 개발
목표3: Cas12a 유전자 가위의 trans-cleavage 활성화 메커니즘 규명
활성화 단계인 Cas12a의 표적 핵산 이중 가닥 절단 단계의 주요 조절 인자 발굴
활성화 조절 인자 제어(촉매부위 결합 제어)를 통한 trans-cleavage 활성 증대 효과 검증
목표4: 핵산 검출 감도 향상 Cas12a 유전자 가위 플랫폼 개발
활성화 메커니즘 기반 trans-cleavage 효율 증대 변이체 Cas12a 유전자 가위 발굴 및 성능 검증
목표5: 유전자 증폭 없이 극소량의 핵산 검출이 가능한 크리스퍼 기반 진단 기술 개발
변이체 Cas12a 유전자 가위와 salt 희석 기법 개발을 통한 진단용 Cas12a 유전자 가위 플랫폼의 trans-cleavage 효율 극대화와 플랫폼의 핵산 검출 감도 검증
목표6: 측면 유동 분석 기반의 크리스퍼 진단 기술 개발
변이체 Cas12a 유전자 가위와 salt 희석 기법이 결합된 현장 진단용 진단 스트립 제작
병원성 핵산 모델(HBV plasmid)를 통한 개발된 크리스퍼 진단 기술 검증

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
크리스퍼 기반 단분자 진단 기술은 기존 유전자 증폭 기반 진단 기술들이 가지고 있는 기술적 한계(핵산 증폭 단계에서 발생되는 위양성 문제, 느린 테스트 시간, 전문 인력의 필요성)를 극복할 수 있으며, 이를 통해 다양한 감염병 및 질환의 임상 진단 분야에 응용될 수 있음.
본 과제에서 개발된 trans-cleavage 효율이 증대된 변이체 크리스퍼 Cas12a 유전자 가위와 salt 희석 기법을 활용한 크리스퍼 기반 진단 플랫폼은 기존의 크리스퍼 기반 진단 기술에 대비하여 크게 trans-cleavage 효율 증대하여 유전자 증폭 없이 높은 수준의 핵산 검출 감도(LOD)를 나타내어 향후 무증폭 진단 기술로 발전될 것으로 기대됨.
이러한 크리스퍼 기반 무증폭 진단 기술은 시장 경쟁력이 높은 핵산 검출 방식의 진단 키트 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대되어 국내 산업의 글로벌 생명 공학 및 진단 기기 분야의 경쟁력 강화에 기여할 것임.
또한 본 연구개발 과제를 수행한 연구원들은 크리스퍼 유전자 가위 기반 진단 기술을 개발 및 적용하는 전문 인력으로 성장해 미래에 국내 BT 산업을 선도해 나갈 것이 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2-1) 주요 연구 변경사항 ... 5
• 2-2) 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 16
• 끝페이지 ... 27