KR101919896B1 - Method for detecting multiple nucleic acid using a single fluorescence channel PCR machine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)에서 다중 핵산을 검출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PNA 프로브와 TaqMan 프로브를 이용한 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)에서 다중 핵산을 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting multiple nucleic acids in a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine), and more particularly to a method for detecting multiple nucleic acids in a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine) using a PNA probe and a TaqMan probe .
실시간 유전자증폭기기(PCR machine)가 등장하면서 실시간으로 표적 핵산의 증폭 및 검출이 가능해졌으며, 결과적으로 표적 및 바이오 마커 식별을 위한 핵심 도구가 되어 체외 진단, 식품 안전 테스트, 및 약물 유전체학 등의 다양한 응용 분야로 확대되고 있다. 그러나, 생명 공학 산업은 기존의 실시간 PCR 기술을 사용하여 높은 수준의 다중 핵산 검출법에 대한 수요가 증가함에 따라 어려움을 겪고 있다. 대부분 4채널 이상의 형광 채널을 보유한 고가의 실시간 유전자증폭기기(PCR machine)를 사용하거나 고가의 다중 형광을 표지하는 프로브를 이용한 검출 키트를 구매하여 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)을 이용하여 표적 핵산의 검출을 확인하고 있는 실정이다.Real-time amplification and detection of target nucleic acid became possible with real-time gene amplification device (PCR machine), and as a result, it became a key tool for identification of target and biomarker and various applications such as in vitro diagnosis, food safety test, and drug genome . However, the biotechnology industry is struggling with the increasing demand for high-level multiple nucleic acid detection using existing real-time PCR techniques. A detection kit using an expensive real-time gene amplification apparatus (PCR machine) having fluorescence channels of four or more channels or a probe labeled with an expensive multi-fluorescence is purchased and analyzed using a melting curve analysis, And the detection is confirmed.
기존의 실시간 유전자증폭기기(PCR machine)를 활용하면서 표적 유전자를 다중 검출할 수 있는 기술들이 개발되고 있으나, 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)에서 다중 핵산을 검출하는 방법은 채널 내에서의 간섭 현상 및 융해 온도 (Tm) 변화 등 여러 단점을 여전히 가지고 있다. 이에 기존에 사용하던 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)에서 채널 내에서의 간섭 현상을 극복할 수 있는 다중 핵산 검출법의 개발이 절실하다.Techniques have been developed for detecting multiple target genes using a conventional real-time gene amplification apparatus (PCR machine), but a method for detecting multiple nucleic acids in a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine) Development and melting temperature (Tm) change. Therefore, it is urgent to develop a multiplex nucleic acid detection method that can overcome the interference phenomenon in a channel in a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine) which has been used previously.
본 발명의 발명자들은 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)에서 2 개의 유전자를 검출하는 방법에 대하여 연구하던 중, PNA 프로브는 TaqMan 프로브와 동시에 핵산 증폭 과정을 거치며 증폭 과정중의 신호를 포함하여 증폭이 종결된 후 추가적인 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)을 통하여 표적 유전자를 검출할 수 있음에 착안하여, TaqMan 프로브를 이용하여 증폭 신호(Amplification plot)에서 제 1유전자를 검출하고, 융해 온도(Tm) 값을 낮게 설계한 PNA 프로브를 이용하여 제 2 유전자를 검출하는 방법을 발견하였다.The inventors of the present invention have studied a method for detecting two genes in a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine). The PNA probe is subjected to a nucleic acid amplification process simultaneously with a TaqMan probe and amplified The first gene is detected in an amplification plot using a TaqMan probe, and the melting temperature (Tm) of the first gene is detected using a TaqMan probe. A method of detecting a second gene using a PNA probe designed to have a low value has been found.
따라서, 본 발명은 PNA 프로브와 TaqMan 프로브를 이용한 단일 형광 채널 유전자증폭기기에서의 2개 유전자의 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for detecting two genes in a single fluorescence channel gene amplification apparatus using a PNA probe and a TaqMan probe.
본 발명의 일 측면에 따라, (a) 제 1 유전자에 대한 TaqMan 프로브 및 제 2 유전자에 대한 PNA 프로브를 이용하여 PCR을 수행하는 단계; 및 (b) 제 1 유전자의 검출을 증폭 신호(Amplification plot)로 확인하고, 제 2 유전자의 검출을 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)으로 확인하는 단계를 포함하는 단일 형광 채널 유전자증폭기기에서의 2개 유전자 검출 방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a gene comprising: (a) performing PCR using a TaqMan probe for a first gene and a PNA probe for a second gene; And (b) confirming the detection of the first gene by an amplification plot and confirming the detection of the second gene by Melting curve analysis. A method for detecting individual genes is provided.
일 구현예에서, 단계 (a)의 상기 TaqMan 프로브의 농도는 1 내지 10 pmole/㎕로 사용할 수 있다.In one embodiment, the concentration of the TaqMan probe of step (a) may be 1 to 10 pmoles / l.
일 구현예에서, 단계 (a)의 상기 PNA 프로브는 융해 온도(Tm) 값이 30 내지 60℃로 인 것이 특징일 수 있다.In one embodiment, the PNA probe of step (a) may be characterized in that the melting temperature (Tm) value is between 30 and 60 < 0 > C.
일 구현예에서, 단계 (a)의 상기 PNA 프로브가 농도 5 내지 50 pmole/㎕로 사용할 수 있다.In one embodiment, the PNA probe of step (a) may be used at a concentration of 5 to 50 pmoles / l.
일 구현예에서, 단계 (a)의 제 2 유전자에 대한 프라이머의 비율이 정방향(forword) 프라이머와 역방향(reverse) 프라이머가 1:1인 것이 특징일 수 있다.In one embodiment, the ratio of the primer to the second gene of step (a) may be characterized as being 1: 1 for a forward primer and a reverse primer.
일 구현예에서, 단계 (a)의 PCR이 95℃, 3분에 이어 95℃(30초)[변성 (Denaturation) 단계] → 55℃(30초)[결합(Annealing) 단계] → 72℃(30초)[합성(Extension) 단계]의 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 검출 방법을 제공한다.In one embodiment, the PCR of step (a) is performed at 95 ° C. for 3 minutes followed by 95 ° C. (30 seconds) [denaturation step] → 55 ° C. (30 seconds) [annealing step] → 72 ° C. 30 sec.) [Extension step] is repeated.
일 구현예에서, 단계 (b)의 제 1 유전자가 PCR 합성(Extension) 단계에서 증폭 신호(Amplification plot)로 확인된 후 제 2 유전자가 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)으로 확인되는 것을 특징으로 하는 검출 방법을 제공한다.In one embodiment, the first gene of step (b) is identified by an amplification signal in the PCR extension step, and then the second gene is identified by Melting curve analysis. Detection method.
본 발명에 의해, 융해 온도(Tm) 값을 낮추어 설계한 PNA 프로브를 사용하여 채널 내의 간섭 현상을 배제할 수 있는 방법을 발견함으로써, 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)에서 PNA 프로브와 TaqMan 프로브를 이용하여 2개 유전자를 검출하는 방법이 밝혀졌다. 본 발명에 따른 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)에서 동시에 2개 유전자를 검출하는 방법은 기존의 단일 형광 채널의 유전자증폭기기(PCR machine)를 활용할 수 있으므로, 고가의 다채널 유전자증폭기기(PCR machine)를 구입 시 지출되는 비용을 줄일 수 있어 경제적인 면에서 유용하게 사용될 수 있다.According to the present invention, a PNA probe and a TaqMan probe in a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine) are found by finding a method of excluding interference phenomenon in a channel by using a PNA probe designed by lowering the melting temperature (Tm) A method for detecting two genes has been found. The method of simultaneously detecting two genes in a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine) according to the present invention can utilize a conventional single-fluorescence channel PCR machine, PCR machine), it can be used economically.
도 1은 본 발명에 따라 얻어진 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)에서의 2개 유전자 검출방법을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 단일 형광 채널 유전자증폭기기(PCR machine)의 일 예를 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 2에서 PCR 결합(Annealing) 단계에서 특이 PNA 프로브를 사용하여 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(a) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(b)를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 3에서 PCR 합성(Extension) 단계에서 특이 PNA 프로브를 사용하여 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(a) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(b)를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 4에서 PCR 합성(Extension) 단계에서 TaqMan 프로브를 사용하여 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(a) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(b)를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 5에서 psbA 유전자에 대한 대칭 프라이머를 이용 시 특이 PNA 프로브의 IS6110 증폭 신호에 대한 간섭 여부를 평가한 결과로서, IS6110 유전자만을 증폭시킨 경우의 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(a1) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(a2); IS6110 유전자와 psbA를 동시에 증폭시킨 경우의 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(b1) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(b2); 및 상기 2개 결과를 병합(merge)한 결과(c)이다.
도 7은 실시예 6에서 psbA 유전자에 대한 비대칭 프라이머를 이용하고, 실시예 5와 동일한 양의 psbA 유전자에 대한 특이 PNA 프로브의 IS6110 증폭 신호에 대한 간섭 여부를 평가한 결과로서, IS6110 유전자만을 증폭시킨 경우의 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(a1) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(a2); IS6110 유전자와 psbA를 동시에 증폭시킨 경우의 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(b1) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(b2); 및 상기 2개 결과를 병합(merge)한 결과(c)이다.
도 8은 실시예 6에서 psbA 유전자에 대한 비대칭 프라이머를 이용하고, 실시예 7에서의 100배의 양을 이용한 psbA 유전자에 대한 특이 PNA 프로브의 IS6110 증폭 신호에 대한 간섭 여부를 평가한 결과로서, IS6110 유전자만을 증폭시킨 경우의 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(a1) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(a2); IS6110 유전자와 psbA를 동시에 증폭시킨 경우의 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과(b1) 및 융해 곡선 분석(Melting curve analysis) 결과(b2); 및 상기 2개 결과를 병합(merge)한 결과(c)이다. 1 is a schematic diagram for explaining a method of detecting two genes in a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine) obtained according to the present invention.
2 is a photograph showing an example of a single fluorescence channel gene amplification apparatus (PCR machine) according to the present invention.
FIG. 3 shows a result (a) and a melting curve analysis result (b) of the amplification signal (Amplification plot) using a specific PNA probe in the PCR annealing step in Example 2. FIG.
FIG. 4 shows a result (a) and a melting curve analysis result (b) of amplification (Amplification plot) confirmation using a specific PNA probe in the PCR amplification step in Example 3. FIG.
5 shows a result (a) and a melting curve analysis result (b) of a amplification signal (Amplification plot) using a TaqMan probe in the PCR extension step in Example 4. FIG.
FIG. 6 shows the results of evaluating the interference of the specific PNA probe with the IS6110 amplified signal in the case of using the symmetric primer for the psbA gene in Example 5. As a result of confirming the amplification signal when the IS6110 gene alone was amplified a1) and Melting curve analysis results (a2); (B1) and Melting curve analysis result (b2) obtained by confirming the amplification signal when the IS6110 gene and psbA were simultaneously amplified; And (c) the result of merge of the two results.
FIG. 7 shows the result of evaluating whether or not the asymmetric primer for the psbA gene in Example 6 was used and the interference of the specific PNA probe against the IS6110 amplified signal against the psbA gene in the same amount as in Example 5, (A1) and Melting curve analysis result (a2) as a result of confirming the amplification signal in the case of the sample of the present invention; (B1) and Melting curve analysis result (b2) obtained by confirming the amplification signal when the IS6110 gene and psbA were simultaneously amplified; And (c) the result of merge of the two results.
8 is a result of evaluating whether or not the asymmetric primer for the psbA gene in Example 6 is used and the interference with the IS6110 amplified signal of the specific PNA probe against the psbA gene using the amount of 100 times in Example 7. As a result, (A1) and Melting curve analysis result (a2) obtained by confirming the amplification signal when only the gene was amplified; (B1) and Melting curve analysis result (b2) obtained by confirming the amplification signal when the IS6110 gene and psbA were simultaneously amplified; And (c) the result of merge of the two results.
본 발명은 (a) 제 1 유전자에 대한 TaqMan 프로브 및 제 2 유전자에 대한 PNA 프로브를 이용하여 PCR을 수행하는 단계; 및 (b) 제 1 유전자의 검출을 증폭 신호(Amplification plot)에서 확인하고, 제 2 유전자의 검출을 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)에서 확인하는 단계를 포함하는 단일 형광 채널 유전자증폭기기에서의 2개 유전자 검출 방법을 제공한다.(A) performing PCR using a TaqMan probe for a first gene and a PNA probe for a second gene; And (b) confirming the detection of the first gene in an amplification plot and confirming the detection of the second gene in Melting curve analysis. Thereby providing a method for detecting individual genes.
본 발명의 유전자 검출 방법은 (a) 제 1 유전자에 대한 TaqMan 프로브 및 제 2 유전자에 대한 PNA 프로브를 이용하여 PCR을 수행하는 단계를 포함한다.The gene detection method of the present invention comprises (a) performing PCR using a TaqMan probe for a first gene and a PNA probe for a second gene.
단계 (a)에서 사용되는 TaqMan 프로브는 가수분해(Hydrolysis) 프로브의 일종으로 5' 말단에는 형광물질인 리포터(FAM 등)가 결합되어 있고, 3' 말단에는 상쇄물질인 소광물질(quencher)이 결합된 형태이며, 상기 프로브는 PCR 과정 중 결합(Annealing)단계에서 타겟 핵산(target DNA)에 특이적으로 혼성(hybridize)되지만 소광물질(quencher)로 인하여형광의 발색이 억제된다. 그러나, 합성(Extension) 단계에서 핵산 중합효소(polymerase)의 엑소뉴클레아제(exonuclease)의 활성으로 핵산 주형(template)에 결합된 TaqMan 프로브가 가수분해되면서 소광물질(quencher)에 의해 상쇄되었던 리포터(FAM 등)가 유리되면서 형광이 발색된다.The TaqMan probe used in step (a) is a kind of hydrolysis probe. A reporter (FAM or the like) which is a fluorescent substance is bound to the 5 'end and a quencher, which is an offsetting substance, And the probe is specifically hybridized to a target nucleic acid in the annealing step during the PCR but the fluorescence of the fluorescence is inhibited by a quencher. However, when the TaqMan probe bound to the nucleic acid template was hydrolyzed by the exonuclease activity of the nucleic acid polymerase in the extension step, and the reporter which had been canceled by the quencher FAM, etc.) are liberated and fluorescence is developed.
일 구현예에서, TaqMan 프로브의 농도는 플라즈미드 핵산(plasmid DNA)의 농도, 프라이머, 유전자증폭기기(PCR 기기)의 종류에 따라 결정될 수 있으며, 바람직하게는 1 ~ 10 pmole/㎕로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the concentration of the TaqMan probe can be determined according to the concentration of the plasmid DNA, the type of primer, gene amplification device (PCR instrument), and preferably 1 to 10 pmole / But is not limited thereto.
또한, 단계 (a)에 사용되는 PNA(Peptide Nucleic Acid) 프로브는 생체 내에 존재하지 않는 순수 합성물질로 DNA 혹은 RNA와의 상보적 결합력이 탁월하다. 또한, 상기 프로브는 핵산 중합효소(polymerase)의 엑소뉴클레아제(exonuclease)의 활성과 상관없이 상보적인 유전자의 염기서열이 존재할 경우 혼성되어(hybridize) 형광신호를 보낸다는 특징이 있다.In addition, the PNA (Peptide Nucleic Acid) probe used in step (a) is a pure synthetic material that does not exist in vivo and has excellent complementary binding ability to DNA or RNA. In addition, the probe is characterized in that it hybridizes and fluoresces when there is a complementary sequence of the gene regardless of the activity of the exonuclease of the nucleic acid polymerase.
일 구현예에서, PNA 프로브는 융해 온도(Tm) 값을 30 ~ 60℃의 범위, 바람직하게는 40 ~ 50℃의 범위로 설계될 수 있다. PNA 프로브의 융해 온도(Tm)는 TaqMan 프로브의 융해 온도(Tm)보다 낮게 설계할 수 있다.In one embodiment, the PNA probe can be designed to have a fusion temperature (Tm) value in the range of 30 to 60 占 폚, preferably in the range of 40 to 50 占 폚. The melting temperature (Tm) of the PNA probe can be designed to be lower than the melting temperature (Tm) of the TaqMan probe.
일 구현예에서, PNA 프로브의 농도는 플라즈미드 핵산(plasmid DNA)의 농도, 프라이머, 유전자증폭기기(PCR 기기)의 종류에 따라 결정될 수 있으며, 바람직하게는 5 ~ 50 pmole/㎕로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the concentration of the PNA probe can be determined according to the concentration of the plasmid DNA, the type of primer, gene amplification apparatus (PCR apparatus), and preferably 5 to 50 pmoles / But is not limited thereto.
일 구현예에서, PNA 프로브에 의해 검출될 제 2 유전자에 대한 프라이머의 비율은 정방향(forword) 프라이머와 역방향(reverse) 프라이머가 1:1인 것에 한정하지 않는 것을 제공한다. 일반적으로 PNA 프로브는 정방향(forword) 또는 역방향(reverse) 프라이머의 양이 더 많은 비대칭(asymmetric)으로 유전자 증폭을 진행하지만, 본 발명에서는 정방향(forword) 프라이머와 역방향(reverse) 프라이머의 양이 같은 경우에 표적 핵산의 검출이 용이하게 수행될 수 있다. 다만, 역방향(reverse) 프라이머의 양이 더 많은 경우에도 검출이 가능할 수 있다.In one embodiment, the ratio of primers to the second gene to be detected by the PNA probe is not limited to 1: 1 for a forward primer and a reverse primer. Generally, a PNA probe amplifies gene amplification in asymmetric manner by using a larger amount of forward or reverse primer. However, in the present invention, when the amount of the forward primer and the reverse primer is the same The detection of the target nucleic acid can be easily performed. However, detection may be possible even when the amount of the reverse primer is larger.
일 구현예에서, PCR 수행 조건은 95℃, 3분에 이어 95℃(30초)[변성 (Denaturation) 단계] → 55℃(30초)[결합(Annealing) 단계] → 72℃(30초)[합성(Extension) 단계]의 과정을 반복하여 수행될 수 있으며, 통상적으로 수행되는 반복 횟수로 수행될 수 있으며, 예를 들어, 25 ~ 50 사이클, 바람직하게는 30 ~ 40 사이클을 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the PCR conditions are 95 ° C for 3 minutes followed by 95 ° C for 30 seconds [denaturation step] → 55 ° C for 30 seconds [annealing step] → 72 ° C for 30 seconds, [Extension] may be repeatedly performed, and may be performed at a repetition frequency that is normally performed. For example, 25 to 50 cycles, preferably 30 to 40 cycles may be performed , But is not limited thereto.
본 발명의 유전자 검출 방법은 (b) 제 1 유전자의 검출을 증폭 신호(Amplification plot)에서 확인하고, 제 2 유전자의 검출을 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)에서 확인하는 단계를 포함한다. The gene detection method of the present invention includes the steps of (b) confirming the detection of the first gene by an amplification signal and confirming the detection of the second gene by Melting curve analysis.
단계 (b)에서 2개 유전자는 PCR 결합(Extension) 단계에서 증폭 신호(Amplification plot)에서 증폭을 확인한 후 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)으로 증폭을 확인하는 것일 수 있다. PCR 증폭 산물이 형광으로 검출 가능한 양에 도달한 때의 형광신호의 세기를 임계값(threshold)이라고 하며, 상기 증폭 신호(Amplification plot)에서 임계값에 대응되는 증폭 사이클의 횟수를 임계 사이클(threshold cycle; Ct) 값이라고 한다. 증폭 신호(Amplification plot) 또는 이로부터 얻어지는 Ct값으로 TaqMan 프로브로부터의 유전자를 검출하며, 또한 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)을 통하여 PNA 프로브로부터의 유전자를 검출한다.In step (b), the two genes may be confirmed by amplification in an amplification plot in the PCR extension step, followed by confirmation of amplification by Melting curve analysis. The intensity of the fluorescence signal when the PCR amplification product reaches a detectable amount by fluorescence is referred to as a threshold value and the number of amplification cycles corresponding to the threshold value in the amplification plot is referred to as a threshold cycle ; Ct) value. The gene from the TaqMan probe is detected by an amplification plot or a Ct value obtained from the amplification signal, and the gene from the PNA probe is also detected by Melting curve analysis.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예><Examples>
1. 특이 PNA의 프로브 염기서열의 설계와 제작1. Design and construction of probe base sequence of specific PNA
PNA 프로브에 의한 증폭신호는 PCR 단계 중에서 결합(Annealing) 단계에서만 관찰할 수 있게 융해 온도(Tm) 값을 낮게 디자인하였으며, 표 1에 제작된 PNA 프로브와 사용한 프라이머 세트를 나타내었다. 융해 온도(Tm) 계산 값은 사용한 프로그램 종류에 따라서 차이가 있을 수 있다. PNA 프로브 시험에 이용된 증폭 대상 유전자는 시금치(spinicia)의 psbA였다.The amplification signal by the PNA probe was designed so that the melting temperature (Tm) value was low so that it could be observed only in the annealing step in the PCR step, and the PNA probe and the primer set used in Table 1 were shown. The calculated melting temperature (Tm) may vary depending on the type of program used. The gene to be amplified used in the PNA probe test was spinbia (psbA).
TaqMan 프로브 시험에 이용한 PCR 프라이머와 프로브는 결핵균(Mycobacteria Tuberculosis)의 감염을 진단하기 위하여 개발된 제품에 이용된 염기서열로, 표 1에 나타내었으며 증폭 대상 유전자는 IS6110였다.The PCR primers and probes used in the TaqMan probe test were the nucleotide sequences used in the products developed to diagnose infection of Mycobacteria tuberculosis (Table 1), and the gene to be amplified was IS6110.
단일 형광 채널 실시간 PCR기기 (ABI7500, Applied Biosystems, Foster. City, CA, 도 2 참조)를 사용하여 대상 유전자들을 증폭시켰으며, 통상적인 PCR 반응액 조성에 대하여 하기 표 2에 나타내었으며 프라이머와 프로브 농도는 각 시험에 맞추어 변경했다.The target genes were amplified using a single fluorescence real-time PCR instrument (ABI7500, Applied Biosystems, Foster. City, CA, see Fig. 2), and the typical PCR reaction solution compositions are shown in Table 2 below. Primer and probe concentration Was changed according to each test.
2. 실시간 PCR을 통한 특이 PNA 프로브의 결합(Annealing) 단계에서의 적합성 평가2. Assessment of suitability in the annealing step of specific PNA probes by real-time PCR
PCR 과정 중에서 결합(Annealing) 단계에서만 증폭 신호가 감지될 수 있도록특이 PNA 프로브의 융해 온도(Tm) 값을 낮게 설계하였으며, 이렇게 설계한 PNA 프로브가 제대로 설계되었고 PCR 과정에서 유전자 증폭 신호를 잘 감지하는지 확인하기 위한 테스트를 진행하였다.In the PCR process, the melting temperature (Tm) value of the specific PNA probe was designed to be low so that the amplification signal could be detected only in the annealing step. The designed PNA probe was designed properly and the PCR amplification signal was well detected A test was conducted to confirm.
일반적으로 PNA 프로브를 이용한 PCR은 정방향(forward) 및 역방향(reverse) 프라이머의 양을 비대칭(asymmetric)으로 사용하므로 비대칭 2가지 경우와 대칭 1가지 경우의 3가지 조건으로 시험을 수행하였다. 역방향(reverse) 프라이머의 양을 20:3으로 많게 넣은 경우, 정방향(forward) 및 역방향(reverse) 프라이머의 양을 동일하게 넣은 경우, 정방향(forward) 프라이머의 양을 20:3으로 많게 넣은 경우로 각각 PCR을 수행하였다. 상기 조건은 95℃, 3분에 이어 95℃(30초)[변성 (Denaturation) 단계] → 55℃(30초)[결합(Annealing) 단계] → 72℃(30초)[합성(Extension) 단계]의 과정을 35 사이클 반복하였고, 그 결과는 증폭 신호(Amplification plot)와 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)으로 측정하였다.In general, PCR using PNA probes uses asymmetric amounts of forward and reverse primers. Therefore, the test was performed under three conditions: asymmetric two cases and symmetric one case. When the amount of the reverse primer is increased to 20: 3, the amount of the forward primer is increased to 20: 3 when the amount of the forward primer is equal to that of the reverse primer. Respectively. The conditions are 95 ° C for 3 minutes followed by 95 ° C for 30 seconds [Denaturation step] → 55 ° C for 30 seconds [Annealing step] → 72 ° C for 30 seconds [Extension step ] Was repeated for 35 cycles, and the result was measured by amplification plot and Melting curve analysis.
도 3에 나타난 바와 같이, 3가지 조건 중에서 역방향(reverse) 프라이머의 양을 더 많이 넣은 경우(A), 동일하게 넣은 경우(B)는 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)에서 증폭을 확인했으나, 정방향(forward) 프라이머의 양을 많이 사용한 경우(C)는 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)에서 증폭을 확인할 수 없었다(도 3). 그 이유로는 PNA 프로브가 결합할 수 있는 핵산 가닥(DNA strand)이 제대로 증폭되지 않은 것으로 추정되었다. PCR 프라이머를 비대칭(asymmetry)하게 사용하는 경우에는 더 많은 양이 투입된 프라이머가 결합할 수 있는 핵산 가닥(DNA strand)이 더 많이 증폭될 수 밖에 없기 때문이다.As shown in FIG. 3, amplification was confirmed by Melting curve analysis when the amount of reverse primer (A) was larger than that of the reverse primer among the three conditions (B) (C) could not confirm the amplification in the Melting curve analysis (FIG. 3) when the amount of the forward primer was increased. The reason is that the DNA strand that the PNA probes can bind to was not properly amplified. When asymmetry is used for the PCR primer, the DNA strand to which a larger amount of the inserted primer can bind can be amplified more.
본 발명에서 설계된 특이 PNA 프로브 염기서열을 목적에 맞게 활용하기 위해서는 역방향(reverse) 프라이머를 많이 사용하거나, 정방향(forword) 프라이머와 역방향(reverse) 프라이머를 동일한 양을 사용해야 함을 확인하였다.In order to utilize the specific base sequence of the PNA probe designed according to the present invention, it was confirmed that a reverse primer should be used in a large amount or a reverse primer and a reverse primer should be used in the same amount.
3. 실시간 PCR을 통한 특이 PNA 프로브의 합성(Extension)단계에서 적합성 테스트 수행3. Performing conformance test at the extension stage of a specific PNA probe through real-time PCR
실시예 2와 동일한 조건에서, 설계한 PNA 프로브를 이용하여 PCR 합성(Extension)과정에서 유전자 증폭 신호가 감지되는지 여부를 확인하기 위한 테스트를 진행하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.A test was carried out to confirm whether or not a gene amplification signal was detected in the PCR extension process using the designed PNA probe under the same conditions as in Example 2. The results are shown in FIG.
도 4에 나타난 바와 같이, 합성(Extension) 단계에서 유전자 증폭 신호(Amplification plot)를 확인한 결과, 3가지 조건에서 증폭 신호(Amplification plot)가 검출되지 않았으나(도 4a), 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)에서는 (A)와 (B)의 프라이머 조건에서 모두 증폭이 됨을 확인하였다(도 4b). 즉, 실제로 유전자가 증폭이 되었으나, 합성(Extension, 72℃)단계에서 PNA 프로브가 타겟 염기서열(target sequence)과 분리되기 때문에 형광이 검출되지 않았고, 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)에서 유전자가 증폭되었기 때문에 형광이 검출되었다.As shown in FIG. 4, when the amplification plot was checked at the extension stage, the amplification plot was not detected under the three conditions (FIG. 4A), but the melting curve analysis ) Was confirmed to be amplified under the primer conditions (A) and (B) (FIG. 4B). In other words, although the gene was actually amplified, the fluorescence was not detected because the PNA probe was separated from the target sequence at the extension (72 ° C) step, and the gene was amplified in the melting curve analysis Fluorescence was detected.
4. 실시간 PCR을 통한 TaqMan 프로브의 적합성 테스트 수행4. Conformity test of TaqMan probe by real-time PCR
결핵균 유전자인 IS6110에 대한 프라이머와 프로브를 이용하여 TaqMan 프로브가 PCR 과정에서 유전자 증폭 신호를 잘 감지하는지 확인하기 위한 테스트를 수행하였다. IS6110 유전자를 포함하는 3가지 농도(1 ng, 100 pg, 10 pg)의 플라즈미드 핵산(plasmid DNA)을 이용하여 실시간 PCR을 수행하였고, PCR 증폭 여부를 합성(Extension, 72℃) 단계에서 확인하였으며 그 결과를 도 5에 나타내었다.A primer and a probe for the ISB2 gene, IS6110, were used to test whether the TaqMan probe correctly detected the amplified signal during PCR. Real-time PCR was performed using three plasmids (1 ng, 100 pg, and 10 pg) of plasmid DNA containing IS6110 gene and PCR amplification was confirmed at the extension (72 ° C) The results are shown in Fig.
도 5에 나타난 바와 같이, 증폭 신호(Amplification plot)는 플라즈미드 핵산(plasmid DNA) 농도에 따라서 높은 농도에서 일찍 검출되고 낮은 농도에서 뒤에 검출되어 증폭 곡선의 양상을 나타냈으나(도 5a), 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)을 통해서는 유전자가 증폭되었는지 확인할 수 없었다(도 5b).As shown in FIG. 5, the amplification plot was detected at a high concentration early according to the plasmid DNA concentration and was detected later at a low concentration to show the appearance of the amplification curve (FIG. 5A) Melting curve analysis did not confirm whether the gene was amplified (Figure 5b).
5. psbA 유전자에 대한 대칭 프라이머를 사용 시 특이 PNA 프로브의 IS6110 증폭신호에 대한 간섭 여부 확인 5. Using a symmetric primer against the psbA gene to determine if the specific PNA probes are interfering with the IS6110 amplified signal
실시예 3에서 형광 검출을 합성(Extension)단계에 설정할 시 PNA 프로브에 의한 검출이 되지 않으나 융해곡선분석(Melting curve analysis)을 통하여 실질적으로 유전자의 증폭을 확인했으므로, 이로 인한 간섭현상의 유무를 확인하고자 했다. TaqMan 프로브와 설계한 특이 PNA 프로브를 혼합시켜 유전자를 동시에 증폭시킬 때, 특이 PNA 프로브에 의한 TaqMan 프로브의 간섭이 있는지 확인하였다.When the fluorescence detection was set in the extension step in Example 3, detection by the PNA probe was not performed. However, since the amplification of the gene was confirmed through the melting curve analysis, the presence or absence of the interference was confirmed I want to. When the TaqMan probe and the designed specific PNA probe were mixed to amplify the gene at the same time, the presence of interference of the TaqMan probe by the specific PNA probe was confirmed.
3가지 농도(1 ng, 100 pg, 10 pg)의 IS6110 유전자를 포함한 플라즈미드 핵산(plasmid DNA)과 9 pg의 psbA 플라즈미드 핵산(plasmid DNA)을 각각 혼합하여 PCR을 수행하였으며, 그 반응액의 조성은 하기 표 3과 같다. 또한, IS6110 유전자를 포함한 플라즈미드 핵산(plasmid DNA)만으로 PCR을 수행하였으며, 그 반응액의 조성은 하기 표 4와 같다.PCR was performed by mixing 3 plasmids (1 ng, 100 pg, 10 pg) of IS6110 gene containing plasmid DNA and 9 pg of psbA plasmid DNA. Table 3 shows the results. In addition, PCR was carried out using only plasmid DNA containing IS6110 gene (the composition of the reaction solution is shown in Table 4 below).
상기 조건은 95℃, 3분에 이어 95℃(30초)[변성 (Denaturation) 단계] → 55℃(30초)[결합(Annealing) 단계] → 72℃(30초)[합성(Extension) 단계]의 과정을→ 55℃(30초) → 72℃(30초)의 과정을 35 사이클 반복하였으며, 증폭신호 감지는 합성(Extension) 단계에서 실시하였다. 또한, psbA 유전자에 대한 정방향(forward) 및 역박향(reverse) 프라이머를 동일한 농도(10 pmole)로 사용하였다.The conditions are 95 ° C for 3 minutes followed by 95 ° C for 30 seconds [Denaturation step] → 55 ° C for 30 seconds [Annealing step] → 72 ° C for 30 seconds [Extension step ] Was repeated for 35 cycles of 55 ° C. (30 seconds) → 72 ° C. (30 seconds), and amplification signal detection was performed in an extension step. In addition, forward and reverse primers for the psbA gene were used at the same concentration (10 pmoles).
그 결과, TaqMan 프로브만 사용한 PCR 반응에서 증폭 신호(Amplification plot)는 확인할 수 있었으나(도 6a1), 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)에서 검출을 확인할 수 없었다(도 6a2). TaqMan 프로브와 PNA 프로브를 혼합하여 사용한 PCR 반응에서 증폭 신호(Amplification plot)는 TaqMan 프로브만 사용한 PCR 반응에서의 증폭신호와 차이가 없었다(도 6b1, 6c 참조). 또한, TaqMan 프로브와 PNA 프로브를 혼합하여 사용한 PCR 반응 결과에서만 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)을 통해 PNA 프로브의 형광을 확인할 수 있었다(도 6b2).As a result, an amplification plot was confirmed in the PCR reaction using only the TaqMan probe (FIG. 6A1), but the detection was not confirmed by the melting curve analysis (FIG. 6A2). Amplification plots in the PCR reaction using the TaqMan probe and the PNA probe were not different from those in the PCR reaction using only the TaqMan probe (see FIGS. 6B1 and 6C). In addition, the fluorescence of the PNA probe could be confirmed by the melting curve analysis only in the PCR reaction using the TaqMan probe and the PNA probe (FIG. 6B2).
6. psbA 유전자에 대한 비대칭 프라이머를 사용 시 특이 PNA 프로브의 IS6110 증폭신호에 대한 간섭 여부 확인 6. Using the asymmetric primer for the psbA gene to check whether the specific PNA probe is interfering with the IS6110 amplified signal
실시예 2 및 3에서 특이 PNA 프로브를 이용한 psbA 유전자의 PCR 반응에서 역방향(reverse) 프라이머의 농도를 높게 사용한 경우와 정방향(forward) 및 역방향(reverse) 프라이머의 농도를 동일하게 사용한 경우, 두 조건 모두에서 psbA 유전자가 검출되었다. 이를 토대로, 역방향(reverse) 프라이머의 농도를 높게 사용하고 IS6110 및 psbA 유전자를 혼합하여 PCR 반응을 수행할 시 2개의 유전자가 동시에 검출될 수 있는지 확인하였다.In Examples 2 and 3, when the reverse primer concentration was high and the forward and reverse primer concentrations were the same in the PCR reaction of the psbA gene using the specific PNA probe, The psbA gene was detected. Based on this, it was confirmed whether two genes could be detected simultaneously when the reverse primer concentration was high and the PCR reaction was performed by mixing IS6110 and psbA genes.
실시예 5의 PCR 반응액 조성(표 3)에서 psbA 유전자에 대한 프라이머의 농도를 다르게 하여 PCR을 수행하였다. 3 pmole/㎕의 psbA 정방향(forward) 프라이머와 20 pmole/㎕의 psbA 역방향(reverse) 프라이머을 각각 1㎕씩 사용하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.PCR was carried out by changing the concentration of the primer to the psbA gene in the PCR reaction solution composition of Example 5 (Table 3). 3 pmole / μl of psbA forward primer and 20 pmole / μl of psbA reverse primer were used, respectively, and the results are shown in FIG.
도 7에 나타난 바와 같이, 2개의 유전자를 동시에 증폭시킨 반응에서 특이 PNA 프로브에 의한 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)이 이루어지지 않았다(도 7b2). 1개의 유전자를 증폭한 결과와 다르게 2개의 유전자를 동시에 증폭할 시 간섭을 받았을 것으로 추정되었다.As shown in Fig. 7, Melting curve analysis by a specific PNA probe was not performed in the reaction in which two genes were simultaneously amplified (Fig. 7B2). Unlike the result of amplifying one gene, it was assumed that it would be interfered when two genes were amplified at the same time.
동일한 프라이머의 조건에서 psbA 유전자의 농도를 9 pg에서 0.9 ng으로 100 배 높여서 PCR 반응을 수행하여 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8에 나타난 바와 같이, psbA 유전자의 농도를 0.9 ng으로 사용한 경우에는 특이 PNA 프로브에 의해서 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)에서 psbA 유전자를 검출할 수 있었다(도 8b2). The PCR reaction was carried out by increasing the concentration of the psbA gene from 9 pg to 0.9 ng by 100 times under the same primer conditions. The results are shown in Fig. As shown in Fig. 8, when the concentration of the psbA gene was 0.9 ng, the psbA gene could be detected by Melting curve analysis using a specific PNA probe (Fig. 8B2).
통상적으로 PNA 프로브를 이용하여 PCR 반응을 수행하는 경우에 프라이머를 비대칭으로 사용하나, 본 발명과 같이 2개 및 2개 이상의 유전자의 증폭을 분석하는 경우에는 프라이머를 대칭으로 사용하는 것이 100 배 적은 양의 핵산으로 검출할 수 있어, 더 나은 결과를 보이는 특이점을 나타냈다.Generally, when a PCR reaction is performed using a PNA probe, the primer is used asymmetrically. However, in the case of analyzing the amplification of two or more genes as in the present invention, it is 100 times smaller Of nucleic acids, indicating a singularity that shows better results.
Claims (7)
(b) 제 1 유전자의 검출을 PCR 합성(Extension) 단계에서 증폭 신호(Amplification plot)로 확인하고, 제 2 유전자의 검출을 제 1 유전자가 확인된 후에 융해 곡선 분석(Melting curve analysis)으로 확인하는 단계
를 포함하는 단일 형광 채널 유전자증폭기기에서의 2개 유전자 검출 방법.(a) using a TaqMan probe for the first gene and a PNA probe for the second gene, and performing PCR such that the ratio of the primer to the second gene is 1: 1 for the forward primer and the reverse primer; And
(b) the detection of the first gene is confirmed by an amplification signal in the PCR extension step, and the detection of the second gene is confirmed by Melting curve analysis after the first gene is identified step
A method for detecting two genes in a single fluorescence channel gene amplification apparatus.
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