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KR20120067401A - Method for preparation of nucleic acids probe-coated, porous solid supporter strip - Google Patents

Method for preparation of nucleic acids probe-coated, porous solid supporter strip Download PDF

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Publication number
KR20120067401A
KR20120067401A KR1020100128774A KR20100128774A KR20120067401A KR 20120067401 A KR20120067401 A KR 20120067401A KR 1020100128774 A KR1020100128774 A KR 1020100128774A KR 20100128774 A KR20100128774 A KR 20100128774A KR 20120067401 A KR20120067401 A KR 20120067401A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nucleic acid
acid probe
group
probe
carrier
Prior art date
Application number
KR1020100128774A
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Korean (ko)
Inventor
권준철
박영석
강진석
오재훈
유은주
Original Assignee
주식회사 엘지생명과학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a nucleic acid probe-coated porous solid support strip is provided to prevent abnormal hybridization. CONSTITUTION: A method for manufacturing a nucleic acid probe-coated porous solid support strip comprises: a step of conjugating a nucleic acid probe with a carrier to prepare a conjugate; and a step of fixing the conjugate to a porous solid support by a vacuum transfer method. The nucleic acid probe is DNA, RNA, or PNA. The nucleic acid probe contains a marker which is directly or indirectly detectable by spectroscopic, photochemical, biochemical, immunological, or chemical device. The nucleic acid probe additionally contains a spacer for enhancing efficiency of hybridization. The space is a non-specific poly T tail.

Description

핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립의 제조방법 {Method for Preparation of Nucleic Acids Probe-Coated, Porous Solid Supporter Strip}Method for preparing porous solid support strip coated with nucleic acid probe {Method for Preparation of Nucleic Acids Probe-Coated, Porous Solid Supporter Strip}

본 발명은 핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 핵산 프로브를 운반자(carrier)에 결합시켜 컨쥬게이트(conjugate)를 제조하고, 상기 컨쥬게이트를 진공이동(vacuum transfer) 방식으로 다공성 고체 지지체에 고정시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a porous solid support strip coated with a nucleic acid probe, and more particularly, to conjugate a nucleic acid probe to a carrier to prepare a conjugate (conjugate), and to move the conjugate in vacuum ( It relates to a method for producing a porous solid support strip coated with a nucleic acid probe, characterized in that it comprises a step of fixing to a porous solid support by a vacuum transfer method.

핵산 진단(Nucleic acid diagnostics)은 질환에 걸리기 쉬운 소질(disease predisposition), 치료의 적절성, 생물 동정(organism identification) 등에 활용되고 있다. Nucleic acid diagnostics is used for disease predisposition, adequacy of treatment, and organism identification.

일반적으로, 세균이나 세포로부터 분리한 핵산 시료 또는 이를 핵산중합반응에 의해 증폭시킨 결과물로부터 특정 핵산의 서열을 분석하는 기술들은, 분석하고자 하는 핵산의 일부분에 특이적으로 결합하는 상보적 염기서열을 가진 핵산 단편, 즉, 핵산 프로브(probe)를 이용하여 이들간의 결합여부를 통해 분석하여 핵산의 존재유무를 확인하는 기술들이다.In general, techniques for analyzing the sequence of a particular nucleic acid from a nucleic acid sample isolated from a bacterium or a cell or a result of amplification by a nucleic acid polymerization reaction have a complementary base sequence that specifically binds to a portion of the nucleic acid to be analyzed. Nucleic acid fragments, ie, nucleic acid probes (probe) using the analysis of the binding between them to determine the presence of nucleic acids.

현재, 특이 핵산 프로브를 마이크로웰 플레이트 표면에 부착하여 분석하고자 하는 핵산과 교잡반응을 시키는 방법과, 멤브레인에 특이 핵산 프로브를 고정시키고 여기에 증폭된 핵산을 주입하여 핵산 교잡반응을 시키는 방법(reverse dot/line blot hybridization), 및 유리 등의 소재로 이루어진 플레이트에 다종의 프로브들을 고정하고 증폭된 핵산을 주입하여 핵산 교잡반응을 시키는 방법(DNA chip) 등이 이용되고 있다.Currently, a method of attaching a specific nucleic acid probe to a surface of a microwell plate to hybridize with a nucleic acid to be analyzed, and a method of fixing a specific nucleic acid probe to a membrane and injecting the amplified nucleic acid into a nucleic acid hybridization reaction (reverse dot) / line blot hybridization), and a method of fixing a plurality of probes to a plate made of a material such as glass and injecting amplified nucleic acid to perform a nucleic acid hybridization reaction (DNA chip).

상기와 같은 핵산 교잡반응에 사용되는 진단용 스트립을 제조하기 위해서는 핵산 프로브를 고체 지지체에 고정시키는 단계가 필요하다.In order to prepare a diagnostic strip used in the nucleic acid hybridization reaction as described above, it is necessary to fix the nucleic acid probe to the solid support.

구체적으로, 핵산을 부착하는 방법으로는, 가장 흔히 이용되는 물리적인 흡착 프로세스와, 자외선(UV) 조사법 또는 공유결합법을 포함하는 화학적인 연결 프로세스가 있다(참고문헌: R Lutgarde et al., Applied Environmental Microbiology, 62, 300-303, 1996).Specifically, nucleic acid attachment methods include the most commonly used physical adsorption processes and chemical linkage processes, including ultraviolet (UV) irradiation or covalent bonding (see R Lutgarde et al. , Applied) . Environmental Microbiology, 62, 300-303, 1996).

물리적 흡착(physical adsorption)은 생분자(biomolecule)를 고체 표면에 물리적으로 흡착시키는 것으로, in-vitro 진단에서 많은 관심을 갖고 있는 프로세스이다.Physical adsorption is the physical adsorption of biomolecules onto a solid surface, a process of great interest in in-vitro diagnostics.

생분자가 고체상에 흡착되는 명확한 메커니즘은 분명하지 않지만, 사실상 표면과 상호작용이 수반되어야 하며, 이러한 상호작용은 아마도 1) 표면으로의 분자 이동, 2) 표면에 흡착, 3) 흡착 분자의 재배열, 4) 흡착 분자의 잠재적인 탈착(desorption), 5) 탈착 분자가 표면에서 멀어지게 이동하는 5 단계로 일어날 것이다(참고 문헌: W Norde, Advances in Colloid and Interface Science, 25, 267-340, 1986).The obvious mechanism by which biomolecules are adsorbed on the solid phase is not clear, but in fact they must involve interactions with the surface, which interactions probably include 1) molecular migration to the surface, 2) adsorption on the surface, and 3) rearrangement of the adsorption molecules. 4) potential desorption of adsorption molecules, 5) desorption molecules will occur in five steps, moving away from the surface (W Norde, Advances in Colloid and Interface Science, 25, 267-340, 1986). ).

이러한 개요는 탈착이 잠재적으로 내재되어 있음을 암시하지만, 결합은 사실상 분자가 충분히 크다면 비가역적으로 일어나게 된다(참고문헌: AW Adamson, "The Solid-liquid Interface: Adsorption From Solution", in Physical chemistry of surface, 5th ed. (Chichester, UK: Wiley, 1990), 421-459). This overview suggests that desorption is potentially inherent, but bonds are in fact irreversible if the molecules are large enough (see AW Adamson, "The Solid-liquid Interface: Adsorption From Solution", in Physical chemistry of surface, 5th ed. (Chichester, UK: Wiley, 1990), 421-459).

이는, 분자량이 클수록 결합자리 수가 많아지므로, 하나의 결합자리가 표면에서 해리되더라도 나머지 다수는 결합상태로 유지되고 있기 때문인데, 단백질과 마찬가지로 핵산에서도 동일한 효과가 보고되고 있다. This is because, as the molecular weight increases, the number of binding sites increases, and even though one binding site is dissociated from the surface, many remain in the bonded state. Similar effects are reported in nucleic acids as in proteins.

핵산에서는 단백질처럼 결합이 강하지는 않지만, 크기가 큰 핵산의 경우는 멤브레인에 잘 결합하는 특성을 갖고 있다.Although nucleic acids do not bind as strongly as proteins, large nucleic acids bind well to membranes.

그러나, 물리적인 흡착법의 큰 문제점은, 표면에 고정된 핵산이 재배열되어, 유입되는 어떠한 염기서열에 대해서도 상호작용 하기에 적절하지 않은 형태(conformation)가 될 수 있다는 점이다. However, a major problem with physical adsorption methods is that nucleic acids immobilized on the surface may be rearranged, resulting in an unsuitable conformation for any incoming nucleotide sequence.

긴 염기서열의 핵산의 경우는 문제가 되지 않을 수 있지만, 핵산의 염기서열이 짧아질수록 잠재적인 활성 감소는 심각한 문제점이 될 수 있다. 용액에 상호작용할 수 있게 자유로운 형태로 남아있지 않고 표면에 고정된 일부 염기가 있을 경우, 기형(deformation)화된 구조로 인해 교잡반응이 정상적으로 일어날 수 없게 된다.In the case of a nucleic acid of a long sequence may not be a problem, the shorter the nucleotide sequence of the nucleic acid, the potential decrease in activity can be a serious problem. If there are some bases immobilized on the surface that do not remain free to interact with the solution, the deformed structure prevents the hybridization from occurring normally.

또한, 핵산 프로브(probe)는 진공 이동법을 직접 적용하기에는 분자의 크기가 작고, 다공성 고체 지지체에 흡착될 수 있는 물리적인 힘(정전기적 힘, 소수성 상호작용 등)이 상대적으로 약해 고정하기 매우 어렵다. In addition, nucleic acid probes are difficult to fix due to their small size and relatively weak physical forces (electrostatic forces, hydrophobic interactions, etc.) that can be adsorbed on a porous solid support to directly apply a vacuum transfer method. .

이로 인해 핵산 프로브가 일정하게 코팅되지 않을 위험성이 있고, 추가적인 고정과정이 없으면 어세이 반응동안 탈착될 가능성이 높아, 재현성이 있고 높은 민감도를 요구하는 분자진단 어세이(hybridization assay)에 사용하는 데에는 효율성이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 고려하여 UV를 이용하는 방법이 널리 사용되고 있다.This poses a risk of uncoated nucleic acid probes, and is likely to desorb during assay reactions without additional immobilization, making it efficient for use in reproducible and highly sensitive hybridization assays. There is a falling problem. In consideration of these problems, a method using UV is widely used.

UV 교차결합은 핵산 프로브를 나일론 멤브레인에 공유결합시키는 가장 간단한 방법 중에 하나이다. 연결(linkage)은 주로 티민 잔기로 이루어지는데(다른 뉴클레오티드는 빈도가 덜함), 티민 잔기가 활성화될 때, 나일론 멤브레인의 아민 그룹과 반응하게 된다(GM Church and W Gilbert, PNAS, 81, 1991-1995, 1984; I Saito et al., Tetrahedron Letter, 22, 3265-3268, 1981). UV crosslinking is one of the simplest ways of covalently binding a nucleic acid probe to a nylon membrane. Linkage consists mainly of thymine residues (other nucleotides are less frequent), and when thymine residues are activated, they react with amine groups on the nylon membrane (GM Church and W Gilbert, PNAS, 81, 1991-1995). , 1984; I Saito et al., Tetrahedron Letter, 22, 3265-3268, 1981).

이들 염기의 일부는 멤브레인 표면에 공유결합으로 연결되어 교잡반응시 반응에 참여하지 못하므로, 멤브레인이 UV에 과도하게 노출되면 UV 연결법은 결과적으로 교잡반응을 방해하게 된다. 따라서, UV 조사량을 올바르게 결정하는 것이 중요하다.Some of these bases are covalently linked to the membrane surface and do not participate in the reaction during the hybridization reaction, so if the membrane is excessively exposed to UV, UV conjugation will eventually interfere with the hybridization reaction. Therefore, it is important to correctly determine the UV irradiation amount.

즉, 적은 양의 UV에 멤브레인을 노출시키면 효율적인 교차결합이 이루어지지 않고, 너무 과하게 노출시키면 교잡반응의 효율성을 감소시키게 된다. In other words, exposing the membrane to a small amount of UV does not result in efficient crosslinking, and overexposure reduces the efficiency of the hybridization reaction.

한편, 멤브레인의 UV 조사와 연관된 한 가지 중요한 문제는 멤브레인의 수분 함량이다. 물은 UV를 흡수하는데, 건조 과정에서의 편차로 인해 교차결합(cross-linking)이 기대보다 더 높은 수준 또는 더 낮은 수준으로 이루어지게 된다. 여기서, 티민 염기를 통한 교차결합은 그 정도를 조절하기 매우 어려운 문제가 있다. On the other hand, one important problem associated with the UV irradiation of the membrane is the moisture content of the membrane. Water absorbs UV, which results in higher or lower levels of cross-linking than expected due to variations in the drying process. Here, the crosslinking through the thymine base has a problem that is very difficult to control the degree.

한편, 멤브레인이나 프로브에 광활성 화합물(photoactivatable compounds)이 사용되는 기술은 진보된 교차결합법이다(참고문헌: JK Veilleux and LW Duran, IVD Technology 2, no. 2, 26-31, 1996). 광활성 화합물(예: photobiotin)이 사용되면, 프로브에 올바른 방향성과 자유도(freedom)를 제공해 줄 수 있으나, UV 조사에 노출될 경우, 통제되지 않는 반응이 종종 일어나기 때문에 응용 사례는 거의 없다.On the other hand, the technique of using photoactivatable compounds in the membrane or probe is an advanced crosslinking method (JK Veilleux and LW Duran, IVD Technology 2, no. 2, 26-31, 1996). When photoactive compounds (eg photobiotin) are used, they can provide the probe with the correct orientation and freedom, but there are few applications because of uncontrolled reactions often when exposed to UV radiation.

공유결합(covalent linkage)은 핵산 프로브를 전통적인 화학을 활용하여 고체 지지체 표면에 고정하기 위한 기술로 가장 각광을 받고 있다. 사용되고 있는 다양한 연결 화학법 중에서 가장 흔한 것이 아민(amine), 카보닐(carbonyl), 카르복실(carboxyl), 티올(thiol)이다. Covalent linkage is the most popular technique for fixing nucleic acid probes to solid support surfaces using conventional chemistry. Of the various linking chemistries in use, the most common are amines, carbonyls, carboxyl and thiols.

공유결합으로 프로브의 방향성이 통제되고, 통제된 화학 연결법(controlled-chemistry linkage)으로 말단 잔기를 통해 핵산을 통제하여 부착하는 것이 가능하며, 올바른 크기의 스페이서(spacer)를 도입하여 고정된 핵산이 어떠한 첨가된 프로브와도 자유롭게 교잡반응이 이루어지게 할 수 있다.Covalent bonds control the orientation of the probe, controlled-chemistry linkage allows for controlled attachment of nucleic acids via terminal residues, and by introducing spacers of the correct size, Hybridization can also be done freely with the added probe.

프로브와 고체 지지체 사이의 공유결합 등은 주로 마이크로어레이(microarray) 시스템, 즉, 유리 슬라이드나 구슬(bead) 등의 형태에 흔히 적용되고 있으나, 멤브레인과 같은 다공성 고체 지지체에도 적용될 수 있을 것으로 예상된다. Covalent bonds between probes and solid supports are commonly applied in the form of microarray systems, ie, glass slides or beads, but are expected to be applicable to porous solid supports such as membranes.

그러나, 종래의 기술은 프로브와 멤브레인 사이의 직접적 공유 결합 방식으로, 주로 carbodiimide인 1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride(EDC 또는EDAC) 시약을 사용하여, 아민기 표지 프로브와 카르복실기로 활성화된 멤브레인 사이의 공유결합 방식에 국한되어 있었다.However, the prior art uses a 1-Ethyl-3- [3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC or EDAC) reagent, which is primarily a carbodiimide, in a direct covalent bond between the probe and the membrane, with an amine-labeled probe and a carboxyl group. It was limited to the covalent bond between the activated membranes.

또한, 멤브레인에 통제된 부착형태로 핵산 프로브를 공유결합으로 고정하는 기술은 본질적으로 배치 프로세스(batch process)로 대량 생산 및 자동화 프로세스로 전환하기는 어렵다. 또한, 많은 시간이 걸리며 비용면에서 비싸다. In addition, the technique of covalently immobilizing nucleic acid probes with controlled attachment to the membrane is inherently difficult to turn into a mass production and automated process in a batch process. It is also time consuming and costly.

이상에서 살펴본 바와 같이, 핵산 교잡 어세이에 사용하기 위한 목적의 핵산 프로브 코팅된 멤브레인 스트립을 제조하는데 있어서, 물리적, 화학적 프로세스의 장단점으로 인해, 교잡반응이 정상적으로 이루어지게 하는 동시에 간단하고 신속한 방법으로 상기 멤브레인 스트립을 대량 생산하는 데에는 한계가 있다. As described above, in the preparation of nucleic acid probe coated membrane strips for use in nucleic acid hybridization assays, due to the advantages and disadvantages of physical and chemical processes, the hybridization can be performed normally and at the same time in a simple and rapid manner. There is a limit to mass production of membrane strips.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하여 멤브레인-기반 핵산 테스트(membrane-based nucleic acid test)가 진단 분야에 두루 적용되기 위해 제조성(manufacturability)이 확보된 멤브레인 스트립 개발의 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for developing a membrane strip having manufacturability in order to solve the above problems and apply the membrane-based nucleic acid test to the diagnostic field.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립을 제조함에 있어서, 핵산 프로브를 운반자에 결합시킴으로써 핵산 프로브의 방향성을 확보할 수 있고, 고체 지지체 표면에서 고정된 핵산이 재배열되지 않으며, 타겟 염기서열과 상보적으로 결합해야 하는 프로브의 교잡 반응 염기서열 부위의 일부가 고정되지 않으므로, 활성의 감소로 인한 비정상적인 교잡반응이 일어나지 않는 제조방법을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention, in the preparation of a porous solid support strip coated with a nucleic acid probe, it is possible to ensure the orientation of the nucleic acid probe by binding the nucleic acid probe to the carrier, the nucleic acid immobilized on the surface of the solid support rearranged If not, a part of the hybridization nucleotide sequence region of the probe to be complementary to the target nucleotide sequence is not fixed, thereby providing a manufacturing method that does not occur abnormal hybridization reaction due to reduced activity.

본 발명의 다른 목적은, UV 조사 시 최적의 UV 조사량을 조절해야 하는 번거로움이 없고, 화학결합으로 핵산 프로브를 고정하는 종래기술에서 본질적으로 요구되던 배치 프로세스를 이용하지 않으므로, 대량생산 및 자동화 프로세스가 가능한 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is that there is no hassle to adjust the optimal amount of UV radiation when irradiating UV, and does not use the batch process that was inherently required in the prior art to fix nucleic acid probes by chemical bonding, so that mass production and automated processes It is to provide a possible manufacturing method.

본 발명의 또 다른 목적은, 대량생산에 의해, 간단하고, 신속하고, 저렴할 뿐만 아니라 재현성이 있으며, 타겟 염기서열과 핵산 프로브 사이의 교잡반응이 용이하도록 멤브레인 표면이 상호작용을 방해하지 않으면서도 안정성과 높은 민감도를 보일 수 있는 핵산-프로브 어세이 시스템을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is mass production, which is simple, fast, inexpensive, reproducible, and stable without interfering with the interaction of the membrane surface to facilitate hybridization reactions between target sequences and nucleic acid probes. To provide a method for producing a nucleic acid-probe assay system that can exhibit high sensitivity with.

따라서, 본 발명에 따른 핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립의 제조방법은, 핵산 프로브를 운반자(carrier)에 결합시켜 컨쥬게이트(conjugate)를 제조하고, 상기 컨쥬게이트를 진공이동(vacuum transfer) 방식으로 다공성 고체 지지체에 고정시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. Therefore, in the method of preparing a porous solid support strip coated with a nucleic acid probe according to the present invention, a conjugate is prepared by binding a nucleic acid probe to a carrier, and the conjugate is vacuum transferred. It characterized in that it comprises a process of fixing to the porous solid support.

in-vitro 진단 핵산 테스트에 사용할 목적으로 교잡반응을 위해 멤브레인 등과 같은 다공성 고체 지지체에 핵산 프로브를 고정시키는 기술은 다양하지만 여러 요소들을 고려해야 한다. 결과적으로, 어세이의 성능과 관련되는 결합의 유효성(binding effectiveness)과 제조 공정상의 편리성 측면에서 장점 및 단점이 있다. 얼마나 쉬운 방법과 경쟁력이 있는 가격으로 대량 제조할 수 있는지가 주요 관건이다. Techniques for immobilizing nucleic acid probes on porous solid supports, such as membranes, for hybridization reactions for use in in-vitro diagnostic nucleic acid testing are diverse, but several factors must be considered. As a result, there are advantages and disadvantages in terms of binding effectiveness and convenience in the manufacturing process, which are related to the performance of the assay. The key is how easy it is and how to mass-produce at competitive prices.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립의 제조방법은, 핵산 프로브를 운반자에 결합시킴으로써 핵산 프로브의 방향성을 확보할 수 있고, 다공성 고체 지지체의 표면에서 고정된 핵산이 재배열되지 않으며, 타겟 염기서열과 상보적으로 결합해야 하는 프로브의 교잡 반응 염기서열 부위의 일부가 고정되지 않으므로, 활성의 감소로 인한 비정상적인 교잡반응이 일어나지 않는 효과가 있다. In this regard, the method for producing a porous solid support strip coated with a nucleic acid probe according to the present invention can secure the orientation of the nucleic acid probe by binding the nucleic acid probe to a carrier, and the nucleic acid immobilized on the surface of the porous solid support Not aligned, and since a part of the hybridization nucleotide sequence portion of the probe that is complementarily bound to the target nucleotide sequence is not fixed, there is an effect that an abnormal hybridization reaction does not occur due to a decrease in activity.

또한, 종래기술에서와 같이 최적의 UV 조사량을 조절해야 하는 번거로움이 없고, 화학결합 기술에서 본질적으로 요구되던 배치 프로세스를 이용하지 않으므로, 대량생산 및 자동화 프로세스가 가능한 효과가 있다. In addition, there is no hassle to adjust the optimum amount of UV irradiation as in the prior art, and does not use the batch process that was inherently required in chemical bonding technology, mass production and automated processes are possible.

본 발명에서 상기 핵산 프로브는 DNA, RNA, PNA(peptide Nucleic acid) 등이 표적 유전자 서열을 인지하는 센스(전향) 및 안티센스(후향) 핵산으로 구성될 수 있다. In the present invention, the nucleic acid probe may be composed of sense (forward) and antisense (forward) nucleic acids in which DNA, RNA, peptide nucleic acid (PNA), etc. recognize a target gene sequence.

커다란 절편의 DNA, 짧은 DNA(cDNA 포함), RNA, 펩타이드 핵산(peptide nucleic acid: PNA)과 같은 4 종류의 핵산 프로브(nucleic acid probes)를 고체상(solid phase)에 신속 어세이 목적으로 고정할 수 있다. Four types of nucleic acid probes, such as large fragments of DNA, short DNA (including cDNA), RNA, and peptide nucleic acid (PNA), can be immobilized in the solid phase for rapid assay purposes. have.

이러한 서로 다른 분자를 고정하는 방법들은 유사점도 있지만, 분자의 구조와 크기의 차이로 인해 사실상 다르다. 커다란 절편의 DNA를 고체상에 고정하는 방법은 진단 테스트(diagnostic test)용으로 더 이상 사용되고 있지 않으므로, 이보다 짧은 DNA를 고체상에 고정하는 방법이 주로 사용된다.The methods for immobilizing these different molecules also have similarities, but they are virtually different due to differences in the structure and size of the molecules. The method of immobilizing large fragments of DNA on a solid phase is no longer used for diagnostic tests, so shorter DNA is immobilized on a solid phase.

본 발명에서 상기 핵산 프로브와 운반자의 결합은 바람직하게는 화학 결합일 수 있으며, 이러한 화학 결합에는 공유 결합과, 이온 결합, 수소 결합 등과 같은 비공유 결합이 있다. 그 중에서도 공유 결합이 더욱 바람직하다.In the present invention, the binding of the nucleic acid probe and the carrier may preferably be a chemical bond, and such chemical bonds include covalent bonds and non-covalent bonds such as ionic bonds and hydrogen bonds. Among them, covalent bonds are more preferable.

다만, 공유결합은 아니지만, 공유결합 수준의 강력한 결합력을 갖고 있는 친화력 결합(affinity binding)을 이용한 결합 방식도 적용 가능하다. However, although not covalent bonds, a binding method using affinity binding having a strong cohesion level of covalent bonds is also applicable.

상기 친화력 결합과 관련하여, 결합상수(binding constant)가 ~10-15 M로 강한 결합을 형성할 수 있는 biotin-avidin/streptavidin 고정 기술이 가장 흔히 이용되고 있다. 이외에도 친화력 결합력이 강한 Glutathione-GST(Glutathione S-transferase), histidin-metal ion(Co, Ni, Cu), maltose-MBP(maltose binding protein), lectin (eg., concanavalin)-mannose/glucose binding protein 사이의 coupling 기술이 프로브와 고체 지지체 사이에 활용될 수 있다.In connection with the affinity binding, biotin-avidin / streptavidin fixation techniques that can form strong bonds with binding constants of ˜10-15 M are most commonly used. In addition, Glutathione-GST (Glutathione S-transferase), histidin-metal ion (Co, Ni, Cu), maltose-MBP (maltose binding protein), lectin (eg., Concanavalin) -mannose / glucose binding protein Can be utilized between the probe and the solid support.

따라서, 전체 핵산 프로브의 염기서열이 교잡반응에 참여할 수 있도록, 바람직하게는 운반자와의 공유 결합을 위해 핵산 프로브에 작용기를 도입하거나, 운반자와 친화력 결합을 위해 핵산 프로브에 리간드(ligand)를 도입할 수 있다. Thus, in order for the nucleotide sequence of the entire nucleic acid probe to participate in the hybridization reaction, a functional group is preferably introduced into the nucleic acid probe for covalent bonding with the carrier, or a ligand is introduced into the nucleic acid probe for affinity binding to the carrier. Can be.

핵산 프로브와 고체 지지체 사이의 공유결합 연결(covalent coupling)을 위한 표면 변형(surface modification)은, 카르복실기(-COOH), 인산기(phosphate), 아미노기(-RNH2, -ArNH2 여기서, R은 H 또는 C1-C6 알킬기), 염화메틸(-ArCH2Cl), 아마이드(-CONH2), 알데히드(-CHO), 히드록실기(-OH), 에폭시(epoxy), 티올(thiol) 등 다양한 작용기들에 의해 달성될 수 있다(참고문헌: 2005 & 2010 Integrated DNA Technologies, Strategies for Attaching Oligonucleotides to Solid Supports). 이들 작용기들은 한 종류일 수도 있고 두 종류 이상의 조합일 수도 있다.Surface modification for covalent coupling between the nucleic acid probe and the solid support may include a carboxyl group (-COOH), a phosphate group, an amino group (-RNH 2 , -ArNH 2, where R is H or C 1 -C 6 alkyl group), methyl chloride (-ArCH 2 Cl), amide (-CONH 2 ), aldehyde (-CHO), hydroxyl group (-OH), epoxy (epoxy), thiol (thiol) (Ref. 2005 & 2010 Integrated DNA Technologies, Strategies for Attaching Oligonucleotides to Solid Supports). These functional groups may be one kind or a combination of two or more kinds.

한편, 핵산 프로브와 고체 지지체 사이의 친화력 연결(affinity coupling)을 위한 기술로는, biotin-avidin/streptavidin, Glutathione-GST, histidin-metal ion, lectin-glycoprotein, antibody-antigen 등 다양한 시스템에 의해 구현될 수 있다.Meanwhile, as a technique for affinity coupling between a nucleic acid probe and a solid support, biotin-avidin / streptavidin, Glutathione-GST, histidin-metal ion, lectin-glycoprotein, antibody-antigen, etc. may be implemented. Can be.

하나의 바람직한 예에서, 핵산 프로브의 아미노기 변형의 경우, 직접 아미노기가 부착되거나 짧은 탄소 사슬이 부착된 아미노 C6 링커(amino C6 linker) 또는 아미노 C12 링커(amino C12 linker)로 구성될 수 있다.In one preferred example, in the case of amino group modification of a nucleic acid probe, it may consist of an amino C6 linker or an amino C12 linker to which an amino group is directly attached or a short carbon chain is attached.

또한, 핵산 프로브를 고정시키는 기술(immobilization technique)은 반응이 말단 그룹(end group)을 통해 이루어질 때 가장 효율적이므로, 연결 그룹(linking group)은 핵산의 5' 또는 3'-활성 말단 그룹에 도입하는 것이 바람직하다. In addition, the immobilization technique is most efficient when the reaction is through an end group, so that the linking group is introduced into the 5 'or 3'-active end group of the nucleic acid. It is preferable.

따라서, 상기 핵산 프로브의 5'- 말단 또는 3'-말단은 바람직하게는 운반자와 공유결합 가능한 작용기로 변형(modification)된 것일 수 있다. 이와 같이 핵산 프로브를 변형하는 단계는 핵산 프로브 생산과정 동안이나 멤브레인에 적용하기 이전에 용액상에서 수행될 수 있다.Thus, the 5'-end or 3'-end of the nucleic acid probe may be modified with a functional group which is preferably covalently bonded to the carrier. As such, the step of modifying the nucleic acid probe can be carried out in solution during nucleic acid probe production or prior to application to the membrane.

또한, 본 발명에서, 상기 핵산 프로브는, 예를 들어, 합성 올리고 뉴클레오티드로 16 내지 22 개의 뉴클레오티드로 구성될 수 있다. In addition, in the present invention, the nucleic acid probe may be composed of 16 to 22 nucleotides, for example, synthetic oligonucleotides.

구체적으로, 결핵균을 검출함과 아울러 리팜핀 및 아이나 약제 내성 여부를 판별할 수 있는 핵산 프로브의 경우는, 결핵균군 특이적 ITS(Inter Transcriptional Spacer) 유전자 부위를 표적으로 하는 핵산 프로브를 결핵균 동정용으로 사용할 수 있다.Specifically, in the case of nucleic acid probes capable of detecting tuberculosis, and whether rifampin and children or drug resistance can be determined, nucleic acid probes targeting the Mycobacterium tuberculosis-specific Inter Transcriptional Spacer (ITS) gene region may be used for the identification of Mycobacterium tuberculosis. Can be.

항결핵 약제인 리팜핀(rifampin) 감수성 및 내성 여부를 판별하기 위해, RNA 폴리머라제 베타 서브유닛(RNA polymerase-subunit)을 코딩하는 유전자의 표현형(wild type) 또는 돌연변이형(mutant type) 염기서열을 내포하는 핵산 프로브를 사용할 수도 있다.Containing a wild type or mutant type sequence of a gene encoding an RNA polymerase-subunit to determine the anti-tuberculosis drug rifampin susceptibility and resistance A nucleic acid probe may be used.

또한, 아이나 감수성 및 내성 여부를 판별하기 위해, katG(catalase peroxidase)의 유전자 암호화 부위 및 inhA(enoyl acyl carrier protein(ACP) reductase)와ahpC(alkyl hydroperoxide reductase)의 프로모터 부위의 표현형 또는 돌연변이형 염기서열을 내포하는 핵산 프로브를 사용할 수도 있다.In addition, the phenotypic or mutant sequences of the gene coding region of katG (catalase peroxidase) and the promoter regions of innoA (enoyl acyl carrier protein (ACP) reductase) and aHpC (alkyl hydroperoxide reductase) for the purpose of discriminating children or sensitivity and resistance Nucleic acid probes containing these may also be used.

한편, 결핵균(TB) 및 비결핵 항산균(NTM)의 종(species)를 구분할 수 있는 핵산 프로브로 마이크로박테리아 속 특이적 ITS(Inter Transcription Spacer)유전자 부위를 표적으로 하는 핵산 프로브를 사용할 수도 있다.On the other hand, as a nucleic acid probe capable of distinguishing the species of tuberculosis bacteria (TB) and non-tuberculosis antibacterial bacteria (NTM), nucleic acid probes targeting specific ITS (Inter Transcription Spacer) gene sites in microbacteria can also be used.

또한, 상기 핵산 프로브는, 바람직하게는, 분광학적, 광화학적, 생화학적, 면역학적 또는 화학적 수단에 의해 직접적 또는 간접적으로 검출가능한 표지를 포함할 수 있고, 내부(internal region)에는 타겟 염기서열과 상보적으로 결합할 수 있는 교잡반응 부위 염기서열과 운반자 사이에 교잡반응의 효율성을 높이는 스페이서가 추가될 수 있다.In addition, the nucleic acid probe, preferably, may include a label detectable directly or indirectly by spectroscopic, photochemical, biochemical, immunological or chemical means, the internal region and the target sequence A spacer may be added between the hybridization site sequence capable of complementarily binding and the carrier to increase the efficiency of the hybridization reaction.

상기 표지로는, 예를 들어, 효소(예를 들어, 호스래디쉬 퍼옥시다제, 알칼린 포스파타아제), 방사성 동위원소(예를 들어, 32P), 형광성 분자, 화학그룹(예를 들어, 바이오틴) 등이 있다.Such labels include, for example, enzymes (eg horseradish peroxidase, alkaline phosphatase), radioisotopes (eg 32 P), fluorescent molecules, chemical groups (eg , Biotin).

상기 스페이서는, 바람직하게는, 비특이적인 폴리 T 꼬리(poly T tail)로, 아미노기 변형부위 다음에 추가될 수 있다. 스페이서로 이용되는 폴리 T 꼬리의 길이는 5 내지 30개의 티민 염기로 구성될 수 있다.The spacer is preferably a non-specific poly T tail, which may be added after the amino group modification. The length of the poly T tail used as the spacer may consist of 5 to 30 thymine bases.

예를 들어, 5'-말단에 아미노 C6 링커를 표지하고 10개의 티민 염기로 이루어진 폴리 T 꼬리를 스페이서로 연결하고 타겟 유전자의 핵산서열과 상보적으로 결합할 수 있는 교잡반응 부위의 염기서열을 16~22 개의 뉴클레오티드로 구성되도록 핵산 프로브를 설계할 수 있다. For example, an amino C6 linker is labeled at the 5'-end, a poly T tail consisting of 10 thymine bases is linked with a spacer, and a base sequence of a hybridization site capable of complementarily binding to the nucleic acid sequence of the target gene is 16. Nucleic acid probes can be designed to consist of ˜22 nucleotides.

본 발명에서 상기 운반자는, 예를 들어, 다당류, 단백질, 합성 고분자 등일 수 있다. 그 중에서도 다당류가 바람직하며, 특히, 핵산 프로브에 공유결합 또는 친화력 결합하는 덱스트란(dextran) 또는 그것의 유도체가 더욱 바람직하다. In the present invention, the carrier may be, for example, a polysaccharide, a protein, a synthetic polymer, or the like. Among them, polysaccharides are preferred, and in particular, dextran or a derivative thereof that covalently or affinity-bonds nucleic acid probes is more preferable.

친화력 결합의 경우 예를 들어, avidin/streptavidin, maltose binding protein, glycoprotein, metal ion(Co, Ni, Cu etc) 등을 운반자에 연결시키고, 이와 친화력 결합할 수 있는 리간드인 biotin, maltose, lectin, histidin 또는 그것의 유도체를 핵산 프로브에 표지할 수 있다. 그 중에서도 biotin-avidin/streptavidin 연결 기술이 더욱 바람직하다.For affinity binding, for example, avidin / streptavidin, maltose binding protein, glycoprotein, and metal ions (Co, Ni, Cu etc) are connected to the carriers and biotin, maltose, lectin, histidin, which are ligands capable of affinity binding. Or a derivative thereof can be labeled on the nucleic acid probe. Among them, biotin-avidin / streptavidin connection technology is more preferable.

덱스트란은 분자당 여러 활성화 그룹을 갖고 있으므로 덱스트란 한 분자당 여러 DNA 프로브를 고정할 수 있을 뿐만 아니라, 아스파르트산 및 올리고뉴클레오티드 프로브와 같은 여러 리간드을 고정시킬 수 있다(참고문헌: Goss, T.A. et al., J. Chromatogr. 508, 279-287, 1990; Schacht E.H et al., Modification of Dextran and application in prodrug design. In Industrial polysaccharides Engineering: Genetic Engineering, Structure/Property Relations and Applications Yalpani, M., Ed. Elservier: Amsterdam, 1987). 또한, 덱스트란은 길고 유연성 있는 폴리머이므로, 고정화된 DNA 분자가 교잡반응하기 매우 용이하며, 고체 지지체 표면에 의한 입체 장애도 회피할 수 있는 장점도 있다(참고문헌: Goris J. et al., Can J Microbiol, 44, 1148-1153, 1998; Shepinov M. S et al., Nucleic Acids Res., 25, 1155-1161, 1999; Gingeras T. R et al., 15, p.13, 1987; Penzol G et al., Biotechnol Bioeng. 60, 518-523, 1998).Since dextran has several activation groups per molecule, dextran can not only fix several DNA probes per molecule, but also can fix several ligands such as aspartic acid and oligonucleotide probes (Ref. Goss, TA et al. ., J. Chromatogr. 508, 279-287, 1990; Schacht EH et al., Modification of Dextran and application in prodrug design.In Industrial polysaccharides Engineering: Genetic Engineering, Structure / Property Relations and Applications Yalpani, M., Ed. Elservier: Amsterdam, 1987). In addition, since dextran is a long and flexible polymer, immobilized DNA molecules are very easy to hybridize and also have the advantage of avoiding steric hindrance due to the surface of a solid support (Ref. Goris J. et al., Can J Microbiol, 44, 1148-1153, 1998; Shepinov M. S et al., Nucleic Acids Res., 25, 1155-1161, 1999; Gingeras T. R et al., 15, p.13, 1987; Penzol G et al., Biotechnol Bioeng. 60, 518-523, 1998).

대표적인 예로, 알데히드-아스파르트산-덱스트란(aldehyde-aspartic-dextran)의 경우, 매우 큰 분자량의 물질로서, 음이온과 알데히드 그룹을 가지고 있어서 아민화 DNA 프로브와 매우 강한 공유결합을 형성할 수 있고, 그 결합은 교잡반응 혼합물의 극단적인 pH, 고온 또는 고농도의 염, 용매, 친핵체에 대해서도 내구성을 갖을 정도로 매우 안정하다(참고문헌: Fuentes M. et al., Biomacromolecules, 5, 883-888, 2004). As a representative example, aldehyde-aspartic-dextran is a very large molecular weight material, which has an anion and an aldehyde group, thus forming a very strong covalent bond with an aminated DNA probe. Binding is very stable enough to withstand extreme pH, high temperature or high concentrations of salts, solvents and nucleophiles in the hybridization mixture (Fuentes M. et al., Biomacromolecules, 5, 883-888, 2004).

하나의 바람직한 예에서, 덱스트란을 산화시켜 알데히드(aldehyde) 작용기가 형성될 수 있는 다당류(polysaccharide)로 구성될 수 있다.In one preferred example, the dextran may be composed of polysaccharides that can be oxidized to form aldehyde functional groups.

예를 들어, 500 kDa의 덱스트란에 비해 핵산 프로브와의 컨쥬게이션 효율이 높은 43 kDa의 덱스트란을 산화시켜 폴리알데히드 덱스트란을 제조할 수 있다. For example, polyaldehyde dextran can be prepared by oxidizing 43 kDa dextran, which has higher conjugation efficiency with nucleic acid probes than 500 kDa dextran.

이러한 폴리알데히드 덱스트란은, 예를 들어, 덱스트란 및 KIO4를 포도당 62.5 mmol 해당량으로 하여 혼합하고, 혼합액을 상온에서 40 rpm의 속도록 회전시킨 후, 6 시간 이상 방치 뒤, 멸균 증류수로 2 시간씩 3회 투석되어 제조될 수 있다.Such polyaldehyde dextran is, for example, mixed with dextran and KIO 4 to 62.5 mmol equivalent amount of glucose, the mixture is rotated at a rate of 40 rpm at room temperature, left for at least 6 hours, and then sterile distilled water 2 It may be prepared by dialysis three times by time.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 운반자는 알부민과 같은 단백질이나, 합성 고분자로 구성될 수도 있으며, 이 경우에는, 단백질이나 합성 고분자의 아미노기 또는 티올기 등과 공유결합 할 수 있는 작용기 또는 친화력 결합을 할 수 있는 리간드를 핵산 프로브에 도입할 수도 있다. As described above, the carrier may be composed of a protein such as albumin or a synthetic polymer. In this case, a ligand capable of affinity binding or a functional group capable of covalently binding to an amino group or a thiol group of the protein or synthetic polymer, etc. May be introduced into the nucleic acid probe.

폴리알데히드 덱스트란 운반자와 아민기가 표지된 핵산 프로브를, 예를 들어, 상온의 pH 11 조건에서 반응시켜, 시프 염기(Schiff's base)의 이민(immine) 중간체를 형성하고, 환원제로, 예를 들어, 온화한 환원제인 수소화 붕소나트륨(sodium borohydrate)으로, 시프 염기를 환원시켜, 비가역적인 결합을 유도함으로써 안정적인 공유결합을 이룰 수 있다. A polyaldehyde dextran carrier and a nucleic acid probe labeled with an amine group are reacted, for example, at a pH of 11 at room temperature to form an imine intermediate of Schiff's base and, for example, as a reducing agent. Sodium borohydrate, which is a mild reducing agent, reduces the sieve base and induces irreversible bonding, thereby achieving stable covalent bonding.

핵산은 본질적으로 반응성이 없지만 충분한 에너지가 주어지면 다른 그룹과 반응성을 갖는 바, 핵산을 메틸렌 블루(methylene blue)와 같은 감광제(photosensitizer) 존재하에서 가시광선 또는 감광제없이 UV를 쬐어주면 단백질과 직접 교차결합(direct cross-linking) 할 수 있다(참고문헌: R Lalwani et al., J Photochemistry and Photobiology 7, 57-73, 1990; JW Hockensmith et al., Method in Enzymology, 208, 211-236, 1991). Nucleic acids are inherently unreactive, but given sufficient energy they are reactive with other groups, so if the nucleic acid is exposed to UV in the presence of a photosensitizer, such as methylene blue, without visible or photosensitizers, it crosslinks directly with the protein. direct cross-linking (R Lalwani et al., J Photochemistry and Photobiology 7, 57-73, 1990; JW Hockensmith et al., Method in Enzymology, 208, 211-236, 1991).

활성화된 고체 다공성 지지체, 예를 들어, 활성화된 멤브레인을 생산하여 핵산을 직접 교차결합 시키는 방법은 크게 두 가지 문제점이 있다. The method of directly crosslinking nucleic acids by producing an activated solid porous support, for example, an activated membrane, has two major problems.

첫 번째 문제점은 활성의 손실인 바, 멤브레인의 화학적인 활성 표면이 대기 중의 기체와 반응하여 활성을 잃는 것이다. The first problem is the loss of activity: the chemically active surface of the membrane loses its activity by reacting with gases in the atmosphere.

화학적으로 활성이 클수록, 즉, 타겟과 교차결합이 신속하게 이루어질수록 더 빠른 속도로 활성을 잃게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 최근 제조사들은 타겟 프로브 자체와 특이적으로 반응하는 반응성이 덜한 그룹을 사용한다. 알데히드와 아민 사이의 반응이 전형적인 예로 둘 다 상대적으로 안정성을 갖고 있다. The higher the chemical activity, that is, the faster crosslinking with the target, the faster the activity is lost. To overcome this problem, manufacturers recently use less reactive groups that specifically react with the target probe itself. Reactions between aldehydes and amines are both relatively stable, with typical examples.

반응성이 있는 고체상의 생산 제조, 보관 및 취급상의 본질적인 문제 때문에, 반응성이 있는 멤브레인을 프로브와 공유결합 시킬 목적으로 제공하는 것은 더 이상 찾아보기 어렵다. Due to the inherent problems in production, storage and handling of reactive solid phases, it is no longer possible to provide a reactive membrane for the purpose of covalently bonding with the probe.

보통은 프로브에 특이적으로 결합할 수 있는 표면 화학을 갖고 있는 멤브레인을 제공하되, 반응성이 덜하고 시간에 따라 그리고 보관시 활성이 덜 감소하는 멤브레인이 이용되는데, 아민 또는 알데히드 그룹을 멤브레인 표면에 갖고 있는 것이 지배적이다.Usually, membranes are provided that have a surface chemistry capable of specifically binding to the probe, but which are less reactive and less active over time and during storage, with amine or aldehyde groups on the membrane surface. It is dominant.

알데히드로 활성화된 표면의 장점은 다른 추가 시약없이 주로 시프 염기(Schiff's base) 형성을 통해 결합이 상당한 양으로 일어난다는 것이다. An advantage of the aldehyde-activated surface is that significant amounts of binding occur mainly through the formation of Schiff's base without any additional reagents.

시프 염기는 상대적으로 안정하지만 생리적인 조건에서 반전(reversion)될 수 있기 때문에, 온화한 환원제(reducing agent)인 수소화 붕소나트륨(sodium borohydride)으로 시프 염기를 환원시켜 비가역적인 결합을 형성하도록 해야 한다(MB Meza, "Covalent Binding in Diagnostic Test Design" in The latex Course, 2000).Since the base is relatively stable but can be inverted under physiological conditions, the base must be reduced with a mild reducing agent, sodium borohydride, to form an irreversible bond (MB). Meza, "Covalent Binding in Diagnostic Test Design" in The latex Course, 2000).

두 번째 문제점은 비특이적인 결합인 바, 활성화된 멤브레인은 사용 전에 블로킹(blocking) 해야만 한다. 그렇지 않으면, 시료가 멤브레인에 추가적으로 결합하게 된다. 블로킹 단계는 간단하고 신속하며 매우 효율적이어야 하는데, 이상적으로는 블로킹한 결과 멤브레인 표면에는 친수성의 비전하의 잔기가 형성된다. The second problem is nonspecific binding, which means that the activated membrane must be blocked before use. Otherwise, the sample will additionally bind to the membrane. The blocking step should be simple, fast and very efficient, ideally blocking results in the formation of hydrophilic, non-charged residues on the membrane surface.

블로킹으로 멤브레인 표면에 보호막 씌움(passivation)을 하게 되면 새로운 화학 작용기가 도입되므로, 핵산과는 반응성이 없을지도 모르나, 시료의 결합 또는 검출 시스템(detection system)의 결합에 의해 전하 인력(charge attraction) 또는 소수성 인력(hydrophobic attraction)이 증가하게 되어 비특이적 신호가 증가될 수 있다. Blocking the membrane surface with blocking introduces a new chemical group, which may not be reactive with the nucleic acid, but may be due to charge attraction or charge attraction due to the binding of the sample or the coupling of the detection system. Increased hydrophobic attraction can lead to an increase in nonspecific signals.

이황화 결합을 제외한 대부분의 공유결합은 본질적으로 배치 프로세스로, 멤브레인에 타겟을 결합시키고, 이어서 멤브레인을 블로킹하는 반응은 대략 30분에서 수 시간이 소요된다. Most of the covalent bonds except disulfide bonds are essentially a batch process where the reaction of binding the target to the membrane and then blocking the membrane takes approximately 30 minutes to several hours.

이러한 편차는 자동화(automation)와 대량 생산에 어려움을 유발한다. 광활성 결합 화학(photoactive linking chemistry)의 도입으로 대량 생산이 간단해진 측면이 있으나, 비용측면에서 비싸므로 상대적으로 보기 드물다.Such deviations create difficulties in automation and mass production. The introduction of photoactive linking chemistry simplifies mass production, but it is relatively rare because it is expensive in terms of cost.

이에 반해, 본 발명에서는, 예를 들어, 운반자인 덱스트란을 활성화(산화)시킨 폴리알데히드 덱스트란과 특이적으로 반응하는 아미노기-변형 핵산 프로브의 공유결합에 의해, 상기와 같은 문제점을 해결하여 대량생산이 가능할 뿐만 아니라, 1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride (EDC 또는 EDAC)을 이용하여 아민기와 카르복실기 사이의 공유결합법에서 보듯이 다른 유독한 추가시약이 요구되지 않으므로 유기용매의 사용으로 인한 비용을 절감할 수 있다.On the contrary, in the present invention, the above-mentioned problem is solved by covalent bonding of an amino group-modified nucleic acid probe that specifically reacts with a polyaldehyde dextran that activates (oxidizes) a dextran as a carrier. In addition to the production of organic solvents, no additional toxic reagents are required, as shown in the covalent bonding between amine and carboxyl groups using 1-Ethyl-3- [3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC or EDAC). The cost of use can be reduced.

하나의 바람직한 예에서, 상기 다공성 고체 지지체는 멤브레인일 수 있고, 그것의 기질은 셀룰로오스 또는 나일론일 수 있다.In one preferred example, the porous solid support can be a membrane and its substrate can be cellulose or nylon.

핵산 고정(nucleic acid immobilization)에 사용되는 고체 지지체로는 멤브레인(nitrocellulose or nylon membrane), 유리 구슬(controlled-pore glass bead), 아크릴아마이드 젤(acrylamide gel), 폴리스티렌 매트릭스(polystyrene matrices), 활성화된 덱스트란(activated dextran), 아비딘 코팅 폴리스티렌 구슬(avidin-coated polystyrene bead), 유리(glass) 등이 있고, 이와 같이 여러 다양한 고체 지지체가 DNA 진단에 응용되고 있다(참고문헌: Saiki R.K et al, PNAS, 86, 6230-6234, 1989; Meinkoth J et al, Anal. Biochem, 138, 267-284, 1984; Ghosh S.S et al, Nucl. Acids Res., 15, 5353-5372, 1987; Rasmussen S.R et al., Anal. Biochem, 198, 138-142, 1991; Gingeras T.R, Nucl. Acids Res., 15, 5373-5390, 1987; Lund V. et al., Nucl. Acids Res., 16, 10861-10880, 1988). Solid supports used for nucleic acid immobilization include membranes (nitrocellulose or nylon membrane), controlled-pore glass beads, acrylamide gels, polystyrene matrices, and activated dexes. Activated dextran, avidin-coated polystyrene beads, glass, and the like, and various solid supports have been applied for DNA diagnosis (see Saiki RK et al, PNAS, 86, 6230-6234, 1989; Meinkoth J et al, Anal. Biochem, 138, 267-284, 1984; Ghosh SS et al, Nucl.Acids Res., 15, 5353-5372, 1987; Rasmussen SR et al., Anal.Biochem, 198, 138-142, 1991; Gingeras TR, Nucl.Acids Res., 15, 5373-5390, 1987; Lund V. et al., Nucl.Acids Res., 16, 10861-10880, 1988) .

본 발명은 이러한 다양한 고체 지지체 중에서 다공성 고체 지지체들, 그 중에서도 특히 멤브레인에 어떻게 다양한 타겟 물질들이 고정될 수 있는지에 중점을 두고 있다.The present invention focuses on how various target materials can be fixed to porous solid supports, among other things the membrane, among these various solid supports.

멤브레인(membrane)은 핵산 고정에 사용될 수 있는 광범위한 범위의 기질(substrates)을 포함한다. 구체적으로, 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), 나일론(nylon)과 같은 전통적인 성형된 멤브레인(cast membrane), 세라믹 또는 트랙-에칭 멤브레인(ceramic or track-etched membrane)과 같은 새로운 멤브레인, 및 마이크로어레이(microarray)에 사용되는 기질 유형 등이 있다. Membrane includes a wide range of substrates that can be used for nucleic acid immobilization. Specifically, new membranes such as nitrocellulose, traditional cast membranes such as nylon, ceramic or track-etched membranes, and microarrays. The type of substrate used.

핵산 고정을 위해 추천되는 많은 멤브레인은 우선 최적의 결합 조건이 결정되어야 하는데, 여러 결합기술(linkage technique) 중에는 핵산이 멤브레인에 통제되지 않은 방식으로 첨가되는 경우도 있다. Many membranes that are recommended for nucleic acid immobilization must first determine the optimal binding conditions, among which many nucleic acid techniques are added to the membrane in an uncontrolled manner.

그런 경우 핵산 프로브의 방향성이 선호하는 방향으로 배열되지 않을 수도 있기에 잠재적으로 반응을 제약할 수 있다. 따라서, 방향성이 주어진 흡착(directed adsorption), 여기서는 고정된 핵산이 말단-결합(end-linked) 형태가 대부분의 경우에 있어서 바람직하다. In such cases, the orientation of the nucleic acid probe may not be arranged in the preferred direction, potentially limiting the reaction. Thus, directed adsorption, where the immobilized nucleic acid is in end-linked form, is preferred in most cases.

니트로셀룰로오스의 주요 장점은 신속하게 사용 가능한 유용성에 있지만, 폴리에스터 굽기로 입히지 않으면 연약하고, 다른 멤브레인 보다 결합용량(binding capacity)이 더 낮다.The main advantage of nitrocellulose is its usability, which is readily available, but it is fragile unless coated with polyester baking and has a lower binding capacity than other membranes.

최근에는, 나일론이 물리적인 강도와 결합용량이 더 크고, 이용 가능한 표면 화학의 범위가 더 넓어 핵산을 부착하는데 최적화할 수 있기 때문에 핵산결합을 위한 기질로 장려되고 있다.Recently, nylon has been promoted as a substrate for nucleic acid binding because of its greater physical strength and binding capacity, and the wider range of available surface chemistries that can be optimized for attaching nucleic acids.

핵산을 니트로셀룰로오스에 결합시키는데 흔히 사용된 방법은 물리적인 흡착법이지만, 나일론 멤브레인에의 고정은 물리적인 흡착, UV 교차결합(cross-linking) 또는 화학적인 활성화로 이루어진다. Commonly used methods for binding nucleic acids to nitrocellulose are physical adsorption, but immobilization to nylon membranes consists of physical adsorption, UV cross-linking or chemical activation.

언급한 바와 같이 본 발명은 종래의 물리적인 흡착 프로세스의 문제점을 해결할 수 있다. 그러나, 생산 제조 관점에서, 물리적 흡착은 매우 간단하고 강건한 기술(robust technique)로 유용하다(참고문헌: TC Tisone, IVD Technology 6, no. 3, 43-60, 2000). As mentioned, the present invention can solve the problem of the conventional physical adsorption process. However, from a production manufacturing point of view, physical adsorption is very simple and useful as a robust technique (cf. TC Tisone, IVD Technology 6, no. 3, 43-60, 2000).

간편한 멤브레인-기반 시스템의 제조는 물질이 연속된 공정으로 건조(drying)시 결합할 수 있도록 적용될 때 가장 수월하다. 고정 가능한 물질은 연속된 프로세스에 적용할 수 있는데, 연결(linkage)은 간단하고 잘 통제된 공정, 즉, 건조법으로 이루어진다. The manufacture of a simple membrane-based system is most straightforward when applied so that the material can bond upon drying in a continuous process. Immobilizable materials can be applied to a continuous process, where linkage is a simple and well controlled process, ie drying.

물리적 흡착의 명확한 문제점이 해결될 수 있다면, 즉, 더 강하고 방향성 있는 결합이 가능하도록 강화된다면, 물리적 흡착은 당연히 핵산 진단 테스트의 대량 제조를 위한 기술로 유용하다. If the obvious problem of physical adsorption can be solved, that is, enhanced to enable stronger and directional binding, physical adsorption is naturally useful as a technique for mass production of nucleic acid diagnostic tests.

이와 관련하여, 본 발명에서는 컨쥬게이트를 건조에 의해 운반자와 다공성 고체 지지체의 구멍 사이에 물리적 흡착시키는 과정을 추가로 포함할 수 있다.In this regard, the present invention may further comprise the step of physically adsorbing the conjugate between the carrier and the pores of the porous solid support by drying.

대부분의 강화된 물리적인 흡착 기술은, 특히 매우 짧은 프로브에 대한 결합 효율성을 증대시킬 뿐만 아니라, 프로브의 중요한 염기서열이 고체 표면으로부터 멀어지는 방향으로 돌출되도록 배열된다는 것이다. 그 결과, 유입되는 샘플과 중요한 염기서열이 자유롭게 상호작용이 가능하게 된다. 선택성(selectivity)과 민감도(sensitivity)가 향상되므로 특히 짧은 프로브가 사용되더라도 매우 효과적이다.Most enhanced physical adsorption techniques not only increase the binding efficiency, especially for very short probes, but are also arranged so that important sequences of the probes protrude away from the solid surface. As a result, the incoming sample and important sequences can be freely interacted with. Selectivity and sensitivity are enhanced, which is particularly effective even with short probes.

이러한 측면에서, 본 발명에 따르면, 공유결합으로 핵산 프로브의 중요한 염기서열이 다공성 고체 지지체의 표면으로부터 멀어지는 방향으로 배열되는 방향성을 가진다.In this aspect, according to the present invention, the covalent bond has a direction that the important nucleotide sequence of the nucleic acid probe is arranged in a direction away from the surface of the porous solid support.

본 발명에서, 상기 진공이동 방식은 바람직하게는 자동화 라인 블롯팅 장비의 핵산 슬릿 라인(slit line)에 핵산 프로브와 운반자의 컨쥬게이트(conjugate)를 분주하고 진공펌프를 작동시켜 흡입방식으로 상기 컨쥬게이트를 다공성의 고체 지지체에 흡착시키는 과정을 포함할 수 있다.In the present invention, the vacuum transfer method preferably dispenses the conjugate of the nucleic acid probe and the carrier to the nucleic acid slit line of the automated line blotting equipment and operates the vacuum pump to inhale the conjugate. It may include the step of adsorbing to a porous solid support.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립을 제공한다.The present invention also provides a porous solid support strip coated with a nucleic acid probe, which is prepared by the above method.

본 발명에 따른 핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립은, 앞서 설명한 바와 같은 특별한 제조 과정에 의해, 그 자체로 종래와는 차별화되는 특이적인 구조를 갖는다. The porous solid support strip coated with the nucleic acid probe according to the present invention has a specific structure which is itself different from the conventional one by a special manufacturing process as described above.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 핵산 프로브를 운반자에 결합시킴으로써 핵산 프로브의 방향성을 확보할 수 있고, 고체 지지체 표면에서 고정된 핵산이 재배열되지 않으며, 타겟 염기서열과 상보적으로 결합해야 하는 프로브의 교잡 반응 염기서열 부위의 일부가 고정되지 않으므로, 활성의 감소로 인한 비정상적인 교잡반응이 일어나지 않는 효과가 있다. As described above, the present invention provides the orientation of the nucleic acid probe by binding the nucleic acid probe to the carrier, the nucleic acid immobilized on the surface of the solid support is not rearranged, and must be complementary to the target sequence. Since a part of the hybridization sequence region is not fixed, there is an effect that an abnormal hybridization reaction does not occur due to a decrease in activity.

또한, UV 조사 시 최적의 UV조사량을 조절해야 하는 번거로움이 없고, 종래 공유결합으로 핵산 프로브를 고정하는 기술에서 본질적으로 요구되던 배치 프로세스를 이용하지 않으므로, 대량생산 및 자동화 프로세스가 가능한 효과도 있다.In addition, there is no hassle to adjust the optimal amount of UV irradiation during UV irradiation, and does not use the batch process that was inherently required in the technology of fixing the nucleic acid probe by covalent bonds, there is also an effect that can be mass production and automated processes .

즉, 대량생산으로, 간단하고, 신속하고, 저렴할 뿐만 아니라 재현성이 있으며, 타겟 염기서열과 핵산 프로브 사이의 교잡반응이 용이하도록 멤브레인 표면이 상호작용을 방해하지 않으면서도 안정성과 높은 민감도를 보일 수 있는 핵산-프로브 어세이 시스템을 제조할 수 있는 효과가 있다. That is, due to mass production, it is simple, fast, inexpensive, and reproducible, and the membrane surface can show stability and high sensitivity without interfering with the interaction to facilitate the hybridization reaction between the target sequence and the nucleic acid probe. There is an effect to prepare a nucleic acid-probe assay system.

도 1은 핵산 올리고뉴클레오티드 프로브를 운반자인 덱스트란에 공유결합 방식으로 컨쥬게이션을 실시한 후, 진공 이동방식으로 멤브레인에 고정하여 스트립을 제조하는 공정과정을 전체적으로 나타낸 도면이다
도 2는 핵산 프로브가 파란색 염색액인 patent blue V dye와 멤브레인 스트립에 코팅된 결과 사진을 나타낸 도면이며, 여기서 상단은 실시예의 리팜핀 및 아이나 감수성/내성 여부를 판별할 수 있는 스트립의 경우이고, 하단은 실시예의 마이코박테리아 속의 구분 및 검출할 수 있는 스트립의 경우이다
도 3은 리팜핀 및 아이나 감수성/내성 검체를 대상으로 PCR을 수행한 후, 역교잡 라인 블롯 어세이를 수행하였을 때의 결과 패턴을 나타낸 도면이다
도 4는 마이코박테리아 검체 및 대조군(음성, 양성)을 대상으로 PCR을 수행한 후, 역교잡 라인 블롯 어세이를 수행하였을 때의 결과 패턴을 나타낸 도면이다.
FIG. 1 is a diagram illustrating the entire process of preparing a strip by covalently conjugating a nucleic acid oligonucleotide probe to a carrier, dextran, and then fixing the membrane to a membrane by a vacuum transfer method.
Figure 2 is a view showing the result of coating the nucleic acid probe is coated on the membrane strip and the patent blue V dye blue dye, wherein the top is the case of the rifampin and the eye or the strip that can determine whether the sensitivity or resistance, the bottom Is the case of the detectable strip of the genus Mycobacteria of Example
FIG. 3 is a diagram showing a result pattern when a reverse hybridization line blot assay is performed after PCR is performed on rifampin and eyena-sensitive / resistant specimens. FIG.
Figure 4 is a diagram showing the resultant pattern when performing a reverse hybridization line blot assay after performing PCR on the mycobacterial specimen and the control (negative, positive).

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세히 기술한다. 하기 실시예들은 본 발명을 예시하고자 하는 것으로, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. The following examples are intended to illustrate the invention, not to limit the invention.

하기 실험은 핵산 프로브를 멤브레인에 진공이동 방식으로 고정하여 스트립을 제작하는 과정에 관한 것이며, 2가지의 구체적인 실시예에서는 제작한 멤브레인 스트립을 이용하여, 객담, 기관지 세척액, 뇌척수액, 소변, 조직, 전혈, 배양균주에서 (i) 결핵균을 검출함과 아울러 리팜핀 및 아이나 약제 내성 여부를 판별할 수 있는 테스트와, (ii) 마이코박테리아의 검출 및 구분, 즉, 결핵균(TB) 및 비결핵항산균(NTM)의 종(species)를 구분할 수 있는 테스트를 역교잡 라인 블롯 어세이(reverse hybridization line blot assay)방법으로 그 유효성을 검증하는 실험을 수행하였다.
The following experiment relates to a process of fabricating a strip by fixing a nucleic acid probe to a membrane in a vacuum transfer method, and in two specific examples, using a membrane strip produced by the sputum, bronchial lavage fluid, cerebrospinal fluid, urine, tissue, and whole blood. (I) a test to detect tuberculosis, and to determine whether rifampin and children or drugs are resistant, and (ii) to detect and classify mycobacteria, that is, TB and non-TB bacteria (NTM). Experiments were performed to verify the effectiveness of the test using a reverse hybridization line blot assay.

실시예 1: 폴리알데히드 덱스트란(polyaldehye dextran: PAD)의 제조Example 1 Preparation of Polyaldehyde Dextran (PAD)

(1) 필요 시약 및 장비 준비(1) preparation of necessary reagents and equipment

덱스트란(Sigma, D-4133, Mr~43kDa), KIO4 (Aldrich, 32242-3, F.W 230.00), 셀룰로오스 투석막(cutoff 12000: Spectra/Por, MWCO 12-14000), 하이드록시아민 염화수소산염(hydroxylamine hydrochloride (NH2OH-HCl=69.49), 메틸오렌지 분말(methyl orange powder), 10N 염산, pH 측정기, 0.1N 수산화나트륨(NaOH), 동결건조기 또는 스피드백(SpeedVac) 등을 사용하였다.
Dextran (Sigma, D-4133, Mr ~ 43kDa), KIO 4 (Aldrich, 32242-3, FW 230.00), cellulose dialysis membrane (cutoff 12000: Spectra / Por, MWCO 12-14000), hydroxyamine hydrochloride hydrochloride (NH 2 OH-HCl = 69.49), methyl orange powder, 10N hydrochloric acid, pH meter, 0.1N sodium hydroxide (NaOH), lyophilizer or SpeedVac were used.

(2) 산화 (2) oxidation 덱스트란Dextran (( oxidizedoxidized dextrandextran ) 제조) Produce

0.5g의 덱스트란(Sigma, D-4133, Mr~43kDa/포도당 62.5 mmol에 해당)을 autoclaved D.W에 완전히 녹여 최종 10 ml이 되도록 맞췄다. 0.72g의 KIO4 (62.5 mmol 동일 당량에 해당)를 첨가하였다(참고문헌: Azzam T et al., J Med Chem, 45, 1817-1824, 2002; Azzam T et al., Macromolecules, 35, 9947-9953, 2002; Azzam T et al., J Controlled Release, 96, 309-323, 2004; Hosseinkhani H. et al,. Gene Therapy, 11, 194-203, 2004). 0.5 g of dextran (Sigma, D-4133, equivalent to Mr ~ 43kDa / glucose 62.5 mmol) was completely dissolved in autoclaved DW and adjusted to the final 10 ml. 0.72 g KIO 4 (Equivalent to 62.5 mmol equivalents) (see Azzam T et al., J Med Chem, 45, 1817-1824, 2002; Azzam T et al., Macromolecules, 35, 9947-9953, 2002; Azzam T et al., J Controlled Release, 96, 309-323, 2004; Hosseinkhani H. et al., Gene Therapy, 11, 194-203, 2004).

상온에서 40rpm 속도로 회전시키면서 6~12 시간 이상 방치하였다. 산화된 덱스트란을 셀룰로오스 투석막에 넣고, 2L의 3차 멸균 증류수에서 1회 O/N 투석하고, 멸균 증류수를 교체해 주면서 추가로 2 시간씩 총 3회 투석(dialysis)하였다. 투석 후, 폴리알데히드 덱스트란의 정확한 부피를 측정하였다.
It was left for 6 to 12 hours while rotating at 40 rpm at room temperature. The oxidized dextran was placed in a cellulose dialysis membrane, and dialyzed once in 2 L of tertiary sterile distilled water, and dialysis was performed three times for a total of two hours while replacing the sterile distilled water. After dialysis, the exact volume of polyaldehyde dextran was measured.

(3) 산화 (3) oxidation 덱스트란(oxidized dextran)의Of oxidized dextran 알데히드기의Aldehyde 양 측정 Volume measurement

Huiru Zhao 등이 기고한 저널(PharmaceuticalResearch, 8, 400-402, 1991)에 기술된 방법에 따라 산화 덱스트란의 알데히드기의 양을 측정하였다. 우선 0.25N 하이드록시아민 염화수소산염-메틸오렌지(pH 4.0)의 시약을 제조하였는데, 1.75g의 건조된 하이드록시아민 염화수소산염을 15 ml의 멸균 증류수에 녹였다. 별도로 최종 0.05%의 메틸오렌지 지시약 용액 0.6 ml을 제조하여 하이드록시아민 염화수소산염 용액에 첨가하였다. The amount of the aldehyde group of dextran oxide was measured according to the method described in the journal, published by Huiru Zhao et al. (Pharmaceutical Research, 8, 400-402, 1991). A reagent of 0.25N hydroxyamine hydrochloride-methyl orange (pH 4.0) was prepared first, and 1.75 g of dried hydroxyamine hydrochloride was dissolved in 15 ml of sterile distilled water. Separately 0.6 ml of the final 0.05% methyl orange indicator solution was prepared and added to the hydroxyamine hydrochloride solution.

10N HCl을 서서히 첨가하면서 pH 4.0으로 맞춘 후, 멸균 증류수로 희석하여 최종 100 ml의 0.25N 하이드록시아민 염화수소산염-메틸오렌지(pH 4.0)의 시약을 제조하였다.10 N HCl was slowly adjusted to pH 4.0, followed by dilution with sterile distilled water to prepare a final 100 ml of 0.25 N hydroxyamine hydrochloride-methyl orange (pH 4.0) reagent.

0.1N NaOH 표준용액으로 폴리알데히드 덱스트란의 산화환원 적정(titration)을 실시하였다. 투석 후 얻어진 폴리알데히드 덱스트란 100 ㎕에 1.25 ml의 0.25N 하이드록시아민 염화수소산염-메틸오렌지(pH 4.0)용액을 첨가한 후, 상온에서 2 시간 동안 회전시키면서(40 rpm) 반응시켰다. Redox titration of polyaldehyde dextran was performed with 0.1 N NaOH standard solution. To 25 μl of polyaldehyde dextran obtained after dialysis, 1.25 ml of 0.25 N hydroxyamine hydrochloride-methyl orange (pH 4.0) solution was added, followed by reaction at room temperature for 2 hours (40 rpm).

이후, 표준용액 0.1N NaOH로 적정하였는데, 산화환원 적정반응에서 첨가된 NaOH의 정확한 부피를 ㎕ 단위로 측정하였고, 색깔 변화로 종말점을 알 수 있었다(빨강에서 노랑으로 색깔 변화함).Thereafter, the solution was titrated with 0.1 N NaOH standard, and the exact volume of NaOH added in the redox titration reaction was measured in μl, and the end point was identified by color change (color change from red to yellow).

폴리알데히드 덱스트란의 산화-환원 반응과 알데히드 치환도 계산은 하기 식들에 표현되어 있고, 투석 후 측정된 폴리알데히드 덱스트란(PAD) 총 부피에 함유된 알데히드 총 몰수값 X를 계산하여 하기 표 1이 나타내었다.The oxidation-reduction reaction and the degree of aldehyde substitution of the polyaldehyde dextran are expressed in the following formulas, and the total number of moles of aldehyde X contained in the total volume of polyaldehyde dextran (PAD) measured after dialysis was calculated. Indicated.

Figure pat00001

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Figure pat00002
Figure pat00002

(4) (4) 폴리알데히드Polyaldehyde 덱스트란의Dextran 동결건조 및  Freeze drying and StockStock 용액 제조 Solution preparation

폴리알데히드 덱스트란을 screw cap 튜브에 10.0 uL씩 소량 분주한 후, SpeedVac이나 freeze-dryer로 O/N 동결건조 하였다. Stock 용액은 동결 건조한 폴리알데히드 덱스트란을 멸균 증류수를 첨가하여 완전히 녹인 후, 최종 농도 100 nmol/㎕가 되도록 제조하였다. A small amount of polyaldehyde dextran was dispensed in a screw cap tube by 10.0 uL and then lyophilized by O / N using SpeedVac or freeze-dryer. The stock solution was prepared by completely dissolving lyophilized polyaldehyde dextran by adding sterile distilled water to a final concentration of 100 nmol / μl.

하기 표 2의 경우에서, 동결 건조된 폴리알데히드 덱스트란의 전체 알데히드 몰수가 468.3 μmol이므로, 멸균 증류수 468.3 ㎕를 첨가하여, 완전히 녹이면 1.0 μmol/㎕의 stock이 됨을 보여준다.
In the case of Table 2 below, since the total aldehyde mole number of the lyophilized polyaldehyde dextran is 468.3 μmol, 468.3 μl of sterile distilled water is added to show that 1.0 μmol / μl of stock is completely dissolved.

Figure pat00003
Figure pat00003

(5) 1(5) 1 pmolpmol /㎕의 / Μl 폴리알데히드Polyaldehyde 덱스트란의Dextran 제조 Produce

100 nmol/㎕의 폴리알데히드 stock 용액을 순차적으로 10배씩 희석하여 핵산 프로브와 공유결합 반응시킬 때 필요한 농도인 1 pmol/㎕로 맞췄다.
100 nmol / μl of polyaldehyde stock solution was sequentially diluted 10-fold and adjusted to 1 pmol / μl, which is the concentration required when covalently reacting with the nucleic acid probe.

실시예 2: 핵산 프로브의 제작Example 2: Construction of Nucleic Acid Probes

본 실험에서 사용하는 프로브는, (i) 결핵균을 검출함과 아울러 리팜핀 및 아이나 약제 내성 여부를 판별할 수 프로브, (ii) 마이코박테리아의 검출 및 구분, 즉, 결핵균(TB) 및 비결핵항산균(NTM)의 종(species)를 구분할 수 있게 설계되었다. The probe used in this experiment can be used to detect (i) tuberculosis bacteria and to determine whether rifampin and children or drug resistance, (ii) detection and classification of mycobacteria, that is, TB and non-TB bacteria It is designed to distinguish species of (NTM).

우선, 상기 (i)과 관련하여, 결핵균을 검출함과 아울러 리팜핀 및 아이나 약제 내성 여부를 판별할 수 프로브의 경우, 결핵균군 특이적 ITS(Inter Transcriptional Spacer) 유전자 부위를 표적으로 하는 프로브를 결핵균 동정용으로 사용하였다.First, in relation to the above (i), in the case of a probe capable of detecting tuberculosis bacteria and whether rifampin and children or drug resistance are detected, a probe targeting a tuberculosis group-specific Inter Transcriptional Spacer (ITS) gene region is identified. Used for.

항결핵약제인 리팜핀(rifampin) 감수성 및 내성 여부를 판별하기 위한 프로브로는 rpoB 즉 RNA polymerase β-subunit을 코딩하는 유전자의 표현형(wild type) 또는 돌연변이형(mutant type) 염기서열을 내포하는 올리고뉴클레오티드를 사용하였다. As a probe for determining the anti-tuberculosis drug, rifampin susceptibility and resistance, oligonucleotides containing rpoB, a wild type or mutant type sequence of a gene encoding RNA polymerase β-subunit, may be used. Used.

또한, 아이나(isoniazid) 감수성 및 내성 여부를 판별하기 위한 프로브로는 katG (catalase peroxidase)의 유전자 암호화 부위 및 inhA (enoyl acyl carrier protein (ACP) reductase)와 ahpC (alkyl hydroperoxide reductase)의 프로모터 부위가의 표현형 또는 돌연변이형 염기서열을 내포하는 프로브를 사용하였다. In addition, probes for determining the sensitivity and resistance of the inaison (isoniazid) include gene coding sites of catGase (catalase peroxidase) and promoter sites of inhA (enoyl acyl carrier protein (ACP) reductase) and ahpC (alkyl hydroperoxide reductase). Probes containing phenotype or mutant sequences were used.

이들 프로브의 구조는 5'-말단에 amino-C6-링커와 10개의 티민 염기로 이루어진 폴리 T 꼬리 스페이서가 각 해당 유전자 염기서열의 5'-쪽에 변형(modification)되어 있도록 설계되었다. The structure of these probes was designed such that the poly T tail spacer consisting of amino-C6-linker at the 5'-end and 10 thymine bases was modified at the 5'-end of each corresponding gene sequence.

한편, 상기 (ii)와 관련하여, 마이코박테리아 속의 검출 및 구분, 즉, 결핵균(TB) 및 비결핵항산균(NTM)의 종(species)를 구분할 수 프로브로는 각 마이코박테리아 속 특이적 ITS 유전자 부위를 표적으로 하는 프로브를 사용하였고, 이들 프로브의 구조는 상기 프로브(i)의 경우와 마찬가지로, 5'-말단에 amino-C6-링커와 10개의 티민 염기로 이루어진 폴리 T 꼬리 스페이서가 각 해당 유전자 염기서열의 5'-쪽에 변형되어 있도록 설계되었다. On the other hand, in relation to the above (ii), the detection and classification of the genus Mycobacteria, that is, to distinguish the species of Mycobacterium tuberculosis (TB) and nonmycobacterium tuberculosis (NTM), the probe is a specific ITS gene of each mycobacteria genus Site-targeted probes were used, and the structure of these probes was the same as that of the probe (i), and the poly T-tail spacer composed of amino-C6-linker and 10 thymine bases at the 5'-end of each gene It is designed to be modified on the 5 'side of the sequence.

이하 실시예에서는, 사용한 각 프로브들의 염기서열을 구체적으로 제시하지 않고, 해당 목적에 맞게 제작된 프로브를 대상으로 운반자인 덱스트란 유도체(폴리알데히드 덱스트란)에 5'-아미노 링커 및 폴리 T 꼬리 스페이서로 변형된 핵산 프로브를 컨쥬게이션 하는 방법을 상세히 설명하고자 한다. 다만, 표 3과 4에서, (i)과 (ii)에서 사용한 프로브에 관한 간략한 정보를 제시하고자 한다 (표 3: 리팜핀 또는 아이나 감수성/내성 감별용 프로브 간략 정보 표 4: 마이코박테리아 구분 및 검출용 프로브 간략 정보).In the following examples, the 5'-amino linker and poly T tail spacers are used on a dextran derivative (polyaldehyde dextran), which is a carrier, for a probe manufactured according to the purpose, without specifically presenting the nucleotide sequence of each probe used. It will be described in detail a method for conjugating the modified nucleic acid probe. However, in Tables 3 and 4, brief information on the probes used in (i) and (ii) is presented (Table 3: Brief information on rifampin or eye or susceptibility / resistant) Table 4: Identification and detection of mycobacteria Probe brief information).

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

실시예 3: 핵산 프로브와 폴리알데히드 덱스트란의 컨쥬게이트(conjugate)의 제조Example 3 Preparation of Conjugates of Nucleic Acid Probes with Polyaldehyde Dextran

(1) 필요 시약 준비(1) preparation of necessary reagents

컨쥬게이션 반응을 위한 버퍼로는 0.5M sodium borate buffer(pH 11.0) 제조하여 사용하였고, 폴리알데히드 덱스트란 운반자의 알데히드기와 핵산 프로브의 5'-말단의 아미노기 사이의 반응에서 형성된 시프 염기(Schiff's base)를 안정한 공유결합으로 전환하기 위한 온화한 환원제로 0.1mM NaBH4 용액을 제조하였다.
A buffer for the conjugation reaction was prepared by using 0.5M sodium borate buffer (pH 11.0), and a Schiff's base formed in the reaction between the aldehyde of the polyaldehyde dextran carrier and the 5'-terminal amino group of the nucleic acid probe. 0.1 mM NaBH 4 solution was prepared as a mild reducing agent for converting to a stable covalent bond.

(2) (2) 컨쥬게이션Conjugation 반응을 위한  For reaction mastermaster 혼합액 제조 Mixed solution manufacturing

Master 혼합액의 조성은 폴리알데히드 덱스트란(1pmol/㎕)과 0.5M sodium borate buffer(pH 11.0) 및 멸균 증류수이며, 하기 표 5의 조성 비율로 혼합되어 있다. The composition of the master mixture is polyaldehyde dextran (1 pmol / μl), 0.5M sodium borate buffer (pH 11.0) and sterile distilled water, it is mixed in the composition ratio of Table 5 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

(3) (3) 컨쥬게이션Conjugation (( conjugationconjugation ) 반응) reaction

각 스트립 라인(line) 별로 규격 16.7 cm x 5.5 cm이고 라인 두께가 0.8 mm인 멤브레인 40장을 제작하고자 할 때, 100μМ 프로브 용액 48.00 ㎕와 멸균 증류수 4752.00 ㎕를 혼합하여, 최종 부피 4800.00 ㎕를 맞췄다. 상기 표 5의 컨쥬게이션용 master 혼합액을 11200.00 ㎕씩 첨가하여 혼합한 후, 상온에서 40 rpm으로 회전시키면서 O/N 반응시켰다. In order to produce 40 membranes having a size of 16.7 cm x 5.5 cm and a line thickness of 0.8 mm for each strip line, 48.00 μl of 100 μM probe solution and 4752.00 μl of sterile distilled water were mixed to achieve a final volume of 4800.00 μl. 11200.00 μl of the master mixture solution for the conjugation of Table 5 was added and mixed, followed by O / N reaction while rotating at 40 rpm at room temperature.

구체적으로, 멤브레인 1장(규격 16.7cm x 5.5cm) 기준으로 자동화 라인 블롯팅 장비의 슬릿(slit) 두께가 대략 0.8 mm일 경우, 각 라인 코팅시 멸균 증류수로 희석된 최종 농도 1μМ의 아민-프로브 용액 부피 120.00 ㎕ 당 master mix 280.00 ㎕씩 혼합하여 최종 conjugation시 용액 부피는 400.00 ㎕가 된다.Specifically, if the slit thickness of the automated line blotting equipment is approximately 0.8 mm based on one membrane (16.7 cm x 5.5 cm), the amine-probe at the final concentration of 1 μМ diluted with sterile distilled water for each line coating Mix 280.00 μl of master mix per 120.00 μl of solution volume to 400.00 μl of solution at final conjugation.

폴리알데히드 덱스트란-프로브 이민 컨쥬게이트(imine conjugate)를 환원제로 환원시켜 안정한 아민 컨쥬게이트(amine conjugate)를 제조하였다. 구체적으로, 폴리알데히드 덱스트란-프로브 이민 컨쥬게이트 총 부피 100 ㎕당 환원제인 0.1mM NaBH4 용액 1.0 ㎕씩 1 시간마다 2 시간 동안 총 2회 첨가하였다. 환원제 첨가 후에는 상온에서 40 rpm으로 회전시키면 반응시켰다.
Stable amine conjugates were prepared by reducing the polyaldehyde dextran-probe imine conjugate with a reducing agent. Specifically, 1.0 μl of a 0.1 mM NaBH 4 solution of reducing agent per 100 μl total volume of polyaldehyde dextran-probe imine conjugate was added twice a day for 2 hours. After the addition of the reducing agent, the reaction was carried out by rotating at 40 rpm at room temperature.

실시예 4: 핵산 프로브 코팅된 멤브레인 스트립(Nucleic acid probe-coated membrane strip) 제작Example 4 Preparation of Nucleic Acid Probe-coated Membrane Strip

(1) 자동화 라인 (1) automation line 블롯팅Blotting 장비( equipment( automaticautomatic lineline blotterblotter ) ) 셋팅setting

멤브레인 1장 규격(16.7 cm x 5.5 cm)에 맞는 대략 0.8 mm 슬릿(slit)이 있는 라인 블롯팅 장비를 자가 제조하였고, 사용 전에 세척공정으로 상판 및 하판을 초음파 세척(sonication) 하였다. Line blotting equipment with approximately 0.8 mm slit conforming to one piece of membrane specification (16.7 cm x 5.5 cm) was self-fabricated and the top and bottom plates were ultrasonically cleaned by a washing process prior to use.

라인 블롯팅 장비를 상판과 하판이 잘 맞물리도록 장착하고 멸균 증류수 수회 그리고 1X PBS로 수 회 세척하여, 컨쥬게이트를 자동 분주할 준비를 하였다.
The line blotting equipment was fitted to engage the top and bottom plates well and washed several times with sterile distilled water and several times with 1X PBS to prepare for automatic dispensing of the conjugates.

(2) 자동화 라인 (2) automation line 블롯팅Blotting 장비로  With equipment 멤브레인에On the membrane 핵산  Nucleic acid 프로브Probe 코팅 coating

파란색 염색액인 Patent blue V dye(5000X=3g/500ml)를 1X PBS로 적절한 농도로 혼합하였다. dye는 멤브레인에 line이 고르게 그어지는지 확인용으로 첨가하였다. 각 Line별(각 프로브별)로 PAD-핵산 프로브 conjugate 400 ㎕에 1X PBS(patent blue V dye함유) 600 ㎕를 혼합하여 총 1 ml을 제조하였다. Patent blue V dye (5000X = 3g / 500ml), which is a blue dye, was mixed with 1X PBS at an appropriate concentration. Dye was added to check that the lines were evenly drawn on the membrane. A total of 1 ml was prepared by mixing 600 μl of 1 × PBS (containing patent blue V dye) to 400 μl of PAD-nucleic acid probe conjugate for each line (for each probe).

본 실시예에서 사용한 멤브레인은 Pall사의 Biodyne B 멤브레인이고, 3MM paper를 슬릿 블롯팅 장비의 규격에 맞게 잘랐다. 3MM paper 1장을 슬릿 블롯팅 장비의 하판 위에 깔고, 그 위에 멤브레인을 덮고, 상판을 멤브레인에 밀착시켜 슬릿에 분주된 용액이 누수 현상(leakage) 및 번짐 현상이 없는지 Patent blue V dye 함유 1X PBS 용액을 우선 분주하여 테스트 해 봄으로써 확인하였다. The membrane used in this example is Pall's Biodyne B membrane, and cut 3MM paper to the specifications of the slit blotting equipment. A sheet of 3MM paper is laid on the lower plate of the slit blotting machine, the membrane is covered thereon, and the upper plate is adhered to the membrane so that the solution dispensed on the slit is free of leakage and bleeding. Was first identified by dispensing and testing.

상기 방법으로, 라인 브롯팅 장비의 하판 위에 3MM paper를 올려놓고, 그 위에 1X PBS에 미리 적시어 놓았던 Biodyne B membrane을 덮은 후, 상판으로 밀착함으로써, 핵산 프로브를 멤브레인에 코팅할 준비를 완료하였다. In this manner, by placing a 3MM paper on the bottom plate of the line blotting equipment, and covered the Biodyne B membrane previously wetted with 1X PBS on it, and then adhered to the top plate, the nucleic acid probe was prepared to coat the membrane.

PAD-핵산 probe conjugate 혼합 용액 1 ml씩 해당 라인의 슬릿에 자동으로 분주하였다. 진공펌프의 속도를 150으로 5초 동안 진공을 걸어줌으로써 PAD-핵산 probe conjugate를 Biodyne B 멤브레인에 흡착시키고, 공기 건조(air drying)시켜 물리적 흡착을 강화한 후 건조기(desiccator)에서 프리-교잡반응버퍼 용액 (prehybridization buffer)으로 전처리하기 전까지 건조시켰다.1 ml of the PAD-nucleic acid probe conjugate mixed solution was automatically dispensed into the slit of the corresponding line. The PAD-nucleic acid probe conjugate was adsorbed onto the Biodyne B membrane by applying a vacuum at 150 rpm for 5 seconds, and then air dried to enhance physical adsorption, followed by pre-hybridization buffer solution in a desiccator. It was dried until pretreatment with (prehybridization buffer).

(3) (3) 프리free -교잡반응 버퍼 용액으로 With hybridization buffer solution 멤브레인Membrane 전처리 Pretreatment

본 실시예에서는 프리-교잡반응 버퍼를 멤브레인에 전처리하여 멤브레인 스트립을 제작함으로써 핵산 교잡반응 어세이 실험상의 신속성을 확보하고 signal-to-noise 비율(S/N ratio)를 높이고자 하였다. In this embodiment, pre-synthesis reaction buffer was pre-treated on the membrane to prepare a membrane strip, thereby securing the rapidity of the nucleic acid hybridization assay experiment and increasing the signal-to-noise ratio (S / N ratio).

프리-교잡반응 버퍼는 5X denhardt's 용액, 5X SSC, 0.01~1% SDS, 0.01~1 mg/ml denatured salmon sperm DNA의 포함하는 조성으로 이루어져 있다. 42℃에서 30 분 동안 멤브레인에 프리-교잡반응 버퍼 용액으로 전처리한 후 건조기에서 하루 정도 건조시켰다.
The pre-hybridization buffer consists of 5X denhardt's solution, 5X SSC, 0.01-1% SDS, 0.01-1 mg / ml denatured salmon sperm DNA. The membrane was pretreated with a pre-synthesis buffer solution at 42 ° C. for 30 minutes and then dried in a drier for one day.

(4) (4) 멤브레인을Membrane 하우징(housing)에In the housing 부착된 스트립 제작 Attached strip production

건조시킨 멤브레인을 프로브가 코팅된 면 반대면에 접착력이 있는 backbone(규격: 길이 6 cm, 투명부분: 0.5 cm)에 부착한 후, 폭 3.4 mm 간격으로 잘랐다. backbone은 양면이 접착성이 있는 필름으로 되어 있어 멤브레인이 부착된 backbone 면의 반대편 면을 이용하여 멤브레인의 스트립을 보관할 수 있는 하우징(housing)에 부착시켰다. The dried membrane was attached to an adhesive backbone (size: 6 cm long, transparent: 0.5 cm) on the opposite side of the probe-coated side, and then cut at 3.4 mm intervals. The backbone is a self-adhesive film on both sides, attached to a housing that can hold a strip of membrane using the opposite side of the backbone to which the membrane is attached.

멤브레인 스트립을 하우징에 부착시킬 때, 고무재질의 롤러(roller)로 압착하면 코팅된 프로브가 떨어질 위험성이 있으므로, 부드러운 3MM 종이이나 스폰지 등으로 눌러서 멤브레인 스트립이 하우징에 잘 부착되도록 하였다. When the membrane strip is attached to the housing, the coated probe may fall off when pressed with a rubber roller, so that the membrane strip is attached to the housing by pressing with a soft 3MM paper or sponge.

본 실시예에서 제작된 멤브레인 스트립은 도 2에서 나타내었다. 도 2에서 핵산-프로브가 코팅된 멤브레인 스트립의 규격과 하우징 부착 모습에 대해 구체적으로 제시하였다.
The membrane strip fabricated in this example is shown in FIG. In FIG. 2, the specification of the membrane strip coated with the nucleic acid-probe and the appearance of the housing are shown in detail.

실험예 1: 리팜핀/아이나 약제 감수성/내성 결핵균 검출에 관한 역교잡 라인 블롯 어세이Experimental Example 1 Reverse Hybridization Line Blot Assay for Detection of Rifampin / Ena Drug Susceptibility / Resistant Mycobacterium Tuberculosis

본 실험예의 구체적인 원리를 설명하면 다음과 같다. 원-튜브 네스티드 다중 비대칭 PCR (one-tube nested multiplex asymmetric PCR) 방법을 이용한 역교잡 반응 라인 블롯 어세이(reverse-hybridization line blot assay) 방식을 적용하였다. The specific principle of this experimental example is as follows. A reverse-hybridization line blot assay using a one-tube nested multiplex asymmetric PCR method was applied.

PCR 반응 동안, rpoB (RNA 중합효소의 ㅯ-subunit)와 katG (catalase peroxidase)의 유전자 암호화 부위 및 inhA (enoyl acyl carrier protein (ACP) reductase)와 ahpC (alkyl hydroperoxide reductase)의 프로모터 부위가 비대칭적인 PCR 방법으로 각 타겟 유전자 특이적 바이오틴 부착 프라이머에 의해 증폭됨으로써 최종 바이오틴(biotin)-라벨 단일 가닥 타겟 DNA (biotin-labeled, single-stranded target DNA)를 생성시켰다. During the PCR reaction, the asymmetric PCR of the gene coding sites of rpoB (the sub-unit of RNA polymerase) and katG (catalase peroxidase) and the promoter sites of inhA (enoyl acyl carrier protein (ACP) reductase) and ahpC (alkyl hydroperoxide reductase) The method was amplified by each target gene specific biotin attachment primer to produce the final biotin-labeled, single-stranded target DNA.

이와 동시에, PCR 증폭 대조군(amplification control)과 결핵균 유래 ITS (Inter-Transcriptional Spacer) 앰플리콘(amplicon)도 형성하도록 하였다. At the same time, PCR amplification control (amplification control) and Mycobacterium tuberculosis-derived ITS (Inter-Transcriptional Spacer) amplicons were also formed.

역교잡 반응 동안, 각 바이오틴 라벨 단일가닥 타겟 DNA가 나일론 멤브레인-흡착 프로브(rpoB, katG, inhA, ahpC의 야생형 또는 변이형 프로브)와 교잡하게 하였다. During the reverse hybridization reaction, each biotin-labeled single stranded target DNA was hybridized with nylon membrane-adsorbed probes (wild type or variant probes of rpoB, katG, inhA, ahpC).

교잡 반응이 완료된 다약제 내성 결핵균 검출 스트립은 강력 세척(stringent wash) 과정을 거친 후, 효소접합 반응을 실시하여, 스트렙트아비딘-알카라인 포스파타아제 컨쥬게이트(streptavidin-alkaline phosphatase (AP) conjugate)를 멤브레인-흡착 올리고뉴클레오티드 프로브와 교잡반응이 이루어진 바이오틴-라벨타겟과 대조구 앰플리콘에 결합시켰다. After completion of the hybridization reaction, the multi-drug resistant Mycobacterium tuberculosis detection strip was subjected to a stringent wash, followed by an enzymatic conjugation reaction to obtain a streptavidin-alkaline phosphatase (AP) conjugate. Biotin-labeled targets and control amplicons were hybridized with membrane-adsorbed oligonucleotide probes.

다시 세척 과정을 거쳐 결합되지 않은 산물을 제거하고, 4-nitro blue tetrazolium chloride(NBT)와 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate(BCIP)를 포함하고 있는 발색용액을 스트립에 첨가하여 발색하였다. After washing again, the unbound product is removed, and a coloring solution containing 4-nitro blue tetrazolium chloride (NBT) and 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate (BCIP) is added to the strip. It was.

산화환원 반응을 통해 교잡 반응이 일어난 프로브 위치에서는 푸른색 침전이 생성된다. 즉, 결합한 알카라인 포스파타아제는 BCIP의 탈인산화를 촉매하여 산화물인 짙은 푸른색 인디고 염색물(dark-blue indigo-dye)을 형성하게 된다. The red precipitate produces blue precipitates at the probe sites where the hybridization takes place. That is, the bound alkaline phosphatase catalyzes dephosphorylation of BCIP to form an oxide dark-blue indigo-dye.

여기서 NBT도 산화제로서 짙은 푸른색 염색물을 생성하게 되므로, 푸른색이 더 짙어지게 되어 검출 민감도를 높일 수 있게 된다.Here, NBT also produces a dark blue dye as an oxidizing agent, so that the blue becomes darker, thereby increasing the detection sensitivity.

푸른색으로 발색된 밴드의 패턴을 판독카드(Test Reference Guide/Reading Card)와 비교하여 결과를 해석하거나 LG 생명과학의 자동화 분석장비인 AdvanSure™ GenoLine Scan을 이용하여 결핵균의 리팜핀 및 아이나 약제 내성 여부를 구분해 낼 수 있다.
The pattern of the band colored in blue is compared with a test reference guide / reading card to interpret the results, or by using the AdvanSure ™ GenoLine Scan, an automated analysis equipment from LG Life Sciences, to determine whether the tuberculosis bacteria are resistant to rifampin and children or drugs. It can be distinguished.

(1) 필요 용액 준비(1) preparation of required solution

검체 DNA 추출, PCR 반응, 역교잡 라인 블롯 어세이 하기 실험을 하기 위해 하기 표 6의 시약을 준비하였다. Sample DNA Extraction, PCR Reaction, Reverse Hybridization Line Blot Assay The reagents of Table 6 were prepared for the following experiments.

Figure pat00007
Figure pat00007

(2) 검체의 준비 및 (2) preparation of the specimen and DNADNA 추출 extraction

결핵 환자의 객담 또는 표준 균주 배양액 1- 2 ml와 동량의 시료 전처리 용액 1 즉, 1N NaOH를 15 ml 튜브에 넣고 충분히 교반시킨 후 4,000 rpm에서 20 분 동안 원심분리 하였다. Sputum or tuberculosis of tuberculosis patients 1-2 ml and the same amount of sample pretreatment solution 1, 1N NaOH in a 15 ml tube was stirred thoroughly and centrifuged for 20 minutes at 4,000 rpm.

상층액을 제거하고 침전물에 10 ml의 시료 전처리 용액인 PBS 버퍼(0.15M NaCl, 0.01M NaH2PO4)를 넣어 잘 교반시킨 후, 4,000 rpm에서 20 분 동안 원심분리 하였다. 다시 상층액을 제거하고 침전물을 1.5 ml 튜브로 옮긴 후 PBS 버퍼 1 ml을 넣고 교반시킨 후, 13,000 rpm에서 5 분 동안 원심분리 하였다.The supernatant was removed, and 10 ml of PBS buffer (0.15 M NaCl, 0.01 M NaH 2 PO 4 ), which was added to the precipitate, was stirred well and centrifuged at 4,000 rpm for 20 minutes. The supernatant was again removed, the precipitate was transferred to a 1.5 ml tube, 1 ml of PBS buffer was added thereto, stirred, and centrifuged at 13,000 rpm for 5 minutes.

또 다시 상층액을 제거하고 침전물에 추출 완충용액인 5%(w/v) Chelex 100 resin(Bio-Rad 사)을 50-100 ㎕를 넣고 100℃에서 20 분간 가열한 후, 13,000 rpm에서 3 분간 원심분리하여 분리된 DNA 상층액을 PCR의 주형 DNA로 사용하였다.
The supernatant was removed again, and 50-100 μl of 5% (w / v) Chelex 100 resin (Bio-Rad), an extraction buffer, was added to the precipitate and heated at 100 ° C. for 20 minutes, followed by 3 minutes at 13,000 rpm. DNA supernatant isolated by centrifugation was used as template DNA for PCR.

(3) (3) PCRPCR 반응 reaction

PCR 반응은 상기 표 6의 2X PCR 혼합액 12.5 ㎕와 프라이머 혼합액 5 ㎕, 시료 DNA 7.5 ㎕를 첨가하여, 하기 표 7과 같은 조건으로 PCR 반응을 시행하였다.In the PCR reaction, 12.5 μl of the 2X PCR mixture solution of Table 6, 5 μl of the primer mixture solution, and 7.5 μl of the sample DNA were added, and the PCR reaction was performed under the conditions shown in Table 7 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

* Culture samples (고체배양, 액체배양 결핵균주)* Culture samples (solid culture, liquid cultured tuberculosis strain)

** Smear-positive direct patient material (객담, 기관지 세척액, 뇌척수액, 소변, 조직, 전혈 등)
** Smear-positive direct patient material (sputum, bronchial lavage fluid, cerebrospinal fluid, urine, tissue, whole blood, etc.)

(4) (4) 역교잡Backcross 라인  line 블롯Blot 어세이( Assay ReverseReverse hybridizationhybridization lineline blotblot assayassay ))

상기 표 6의 시약을 사용하여 역교잡 라인 블롯 어세이를 수행하였다. PCR 반응산물 20 ㎕와 Pre-warming한 교잡 반응액(hybridization buffer) 250 ㎕를 첨가하여 교잡반응 혼합액을 제조한 후, 멤브레인 프로브 흡착 스트립에 그 혼합액을 분주하여 55℃ 교잡 반응 챔버(hybridization chamber/oven)에 넣고 30 분 동안 교반하면서 교잡반응 시켰다(수직 교반의 경우 9 rpm, 수평 교반의 경우 80rpm). Reverse cross-link blot assays were performed using the reagents in Table 6 above. Hybridization reaction mixture was prepared by adding 20 µl of PCR reaction product and 250 µl of pre-warming hybridization buffer, and then dispensing the mixture on a membrane probe adsorption strip, and then using a 55 ° C hybridization chamber / oven. ) And hybridization reaction while stirring for 30 minutes (9 rpm for vertical stirring, 80 rpm for horizontal stirring).

교잡반응이 끝난 프로브 흡착 스트립의 반응액을 vacuum suction (aspiration)하여 제거한 후, Pre-warming한 250 ㎕의 강력 세척액(Stringent wash solution)을 스트립에 분주하여 55℃에서 15 분 동안 9 rpm으로 수직 교반 반응을 실시하여 세척하였다. 세척 반응이 끝난 스트립의 반응액을 제거한 후, 250 ㎕의 헹굼 세척액 (rinse solution)를 스트립에 분주하여 상온에서 1 분 동안 9 rpm으로 수직 교반 반응을 실시하여 세척하였다. After vacuum suction (aspiration) of the reaction solution of the hybridization probe adsorption strip, remove 250 µl of pre-warming Stringent wash solution onto the strip and stir vertically at 9 rpm at 55 ° C for 15 minutes. The reaction was carried out and washed. After removing the reaction solution of the strip after the washing reaction, 250 μl of rinse solution was dispensed onto the strip and washed by performing a vertical stirring reaction at 9 rpm for 1 minute at room temperature.

세척 반응이 끝난 스트립의 반응액을 제거하였다. 효소접합 용액은 상온에서 10 분 이상 방치한 후 사용하였고, 250 ㎕의 효소접합 용액을 스트립에 분주하여 상온에서 30 분 동안 9 rpm으로 수직 교반 반응을 실시한 효소접합 반응이 끝난 스트립의 반응액을 제거하였다. The reaction solution of the strip after the washing reaction was removed. The enzyme conjugation solution was used after being left at room temperature for at least 10 minutes, and 250 μl of the enzyme conjugation solution was dispensed on the strip to remove the reaction solution of the end of the enzymatic conjugation strip, which was vertically stirred at 9 rpm for 30 minutes at room temperature. It was.

다시 세척 반응(rinse)을 실시하는데, 250 ㎕의 헹굼 세척액(rinse solution)를 스트립에 분주하여 상온에서 1 분 동안 9 rpm으로 수직 교반 반응을 실시하여 세척하였다. 세척 반응이 끝난 스트립의 반응액을 제거한 후, 250 ㎕의 멸균 증류수를 스트립에 분주하여 상온에서 1 분 동안 9 rpm으로 수직 교반 반응을 실시하여 한번 더 세척하였다. Rinse again, 250 μl of rinse solution was dispensed onto the strip and washed by performing a vertical stirring reaction at 9 rpm for 1 minute at room temperature. After removing the reaction solution of the washed reaction strip, 250 μl of sterile distilled water was dispensed into the strip and subjected to vertical stirring at 9 rpm for 1 minute at room temperature to wash once more.

세척 반응이 끝난 스트립의 반응액을 제거한 후, 발색반응을 진행하였다. 발색용액은 상온에서 10 분 이상 방치한 후 사용하였고, 250 ㎕의 발색 용액(Substrate solution)을 스트립에 분주한 후, 빛을 차단한 조건하에서 상온에서 10 분 동안 9 rpm으로 수직 교반 반응을 실시하였다. After the reaction solution of the strip was washed, the color reaction was carried out. The color developing solution was used after standing at room temperature for 10 minutes or more, 250 μl of coloring solution (Substrate solution) was dispensed on the strip, and the vertical stirring reaction was performed at 9 rpm for 10 minutes at room temperature under light blocking conditions. .

발색 반응이 끝난 스트립의 반응액을 제거한 후, 250 ㎕의 멸균 증류수로 헹구어 남아있는 발색용액 및 침전물을 완전히 제거하였다. 멤브레인 스트립을 헤어드라이기를 사용하여 신속하게 건조시키거나 공기 중에서 자연 건조시킨 후, LG 생명과학의 AdvanSure™ GenoLine Scan 프로그램을 이용하여 수치화 분석을 하거나, Test reference guide (Reading Card) 또는 Data Interpretation sheet를 이용해 육안으로 결과를 판독하였다.After removing the reaction solution of the strip after the color reaction, rinse with 250 μl of sterile distilled water to completely remove the remaining color solution and precipitate. Quickly dry the membrane strips with a hair dryer or air-dry them, then quantify them using the LG Life Sciences AdvanSure ™ GenoLine Scan program, or use a test reference guide (Reading Card) or Data Interpretation sheet. The results were read visually.

실험예 1의 구체적인 결과는 표 3의 프로브 정보를 바탕으로 도 3에서 결핵균의 리팜핀 또는 아이나 감수성/내성 여부를 판독할 수 있었다. 결과의 판정은 리팜핀(rpoB), 아이나(katG, inhA, ahpC)에 대한 감수성/내성 유무를 각 locus별 야생형과 변이형 밴드세기를 서로 비교하여 판별하였다. 야생형 밴드의 세기가 변이형 밴드세기보다 강하면 감수성이고, 약하면 내성으로 판정을 내릴 수 있다.
Specific results of Experimental Example 1 was based on the probe information of Table 3, it was possible to read whether the rifampin or eye or susceptibility / resistance of Mycobacterium tuberculosis in FIG. The results were determined by comparing the wild type and mutant band intensities of each locus with respect to susceptibility / tolerance to rifampin (rpoB) and aina (katG, inhA, ahpC). If the strength of the wild-type band is stronger than that of the mutant band, it is susceptible, and if it is weak, it can be judged to be resistant.

실험예 2: 마이코박테리아의 구분 및 검출에 관한 역교잡 라인 블롯 어세이Experimental Example 2: Reverse Cross-Blot Assay for the Classification and Detection of Mycobacteria

실험예 2의 원리는 실험예 1과 마찬가지이다. 원-튜브 네스티드 다중 비대칭PCR (one-tube nested multiplex asymmetric PCR)방법을 이용한 역교잡 반응 라인 블롯 어세이(reverse-hybridization line blot assay) 방식을 적용하였다.The principle of Experimental Example 2 is the same as that of Experimental Example 1. A reverse-hybridization line blot assay using a one-tube nested multiplex asymmetric PCR method was applied.

PCR 반응 동안, 결핵균(M. TB) 및 비결핵항산균(NTM)의 ITS 부위가 비대칭적인 PCR 방법으로 바이오틴 부착 마이코박테리아속 프라이머를 이용하여 증폭됨으로써 최종 바이오틴(biotin)-라벨 단일 가닥 타겟 DNA(biotin-labeled, single-stranded target DNA)가 생성되며, 이와 동시에 PCR 증폭 대조군(amplification control)도 형성시켰다. During the PCR reaction, the ITS sites of Mycobacterium tuberculosis (M. TB) and non-tuberculosis mycobacteria (NTM) were amplified using biotin-attached mycobacterial primers by asymmetric PCR, resulting in the final biotin-labeled single stranded target DNA ( Biotin-labeled, single-stranded target DNA) was generated, and at the same time PCR amplification control was formed.

이후 실험예 1과 마찬가지로, 교잡반응 및 세척, 발색반응 단계를 거쳐 검체에서 마이코박테리아(결핵균(M.TB) 또는 비결핵항산균(NTM))를 검출 및 구분하는 데, 제작한 멤브레인 스트립을 적용하였다.
Thereafter, as in Experiment 1, the membrane strip was applied to detect and classify mycobacteria (M.TB or non-TB bacterium (NTM)) in the sample through hybridization, washing and color reaction. It was.

(1) 필요 용액 준비(1) preparation of required solution

검체 DNA 추출, PCR 반응, 역교잡 라인 블롯 어세이 실험을 하기 위해 하기 표 8의 시약을 준비하였다. The reagents of Table 8 below were prepared for sample DNA extraction, PCR reactions, and reverse hybridization line blot assay experiments.

Figure pat00009
Figure pat00009

(2) 검체의 준비 및 (2) preparation of the specimen and DNADNA 추출 extraction

검체의 준비 및 DNA 추출은 실험예 1의 경우와 동일하므로 생략한다.
Sample preparation and DNA extraction are the same as in Experimental Example 1 and are omitted.

(3) (3) PCRPCR 반응 reaction

PCR 반응은 상기 표 8의 2X PCR 혼합액 12.5㎕와 프라이머 혼합액 5㎕, 시료 DNA 7.5㎕를 첨가하여, 하기 표 9와 같은 조건으로 PCR 반응을 시행하였다. In the PCR reaction, 12.5 μl of the 2X PCR mixture solution of Table 8, 5 μl of the primer mixture solution, and 7.5 μl of the sample DNA were added, and the PCR reaction was performed under the conditions shown in Table 9 below.

Figure pat00010
Figure pat00010

(4) (4) 역교잡Backcross 라인  line 블롯Blot 어세이Assay

역교잡 라인 블롯 어세이는 실험예 2의 경우와 동일하므로 생략한다. 실험예 2의 구체적인 결과는 표 4의 프로브 정보를 바탕으로 도 4의 실시예에서 각 마이코박테리아를 검출 및 구분할 수 있었다.The reverse hybridization line blot assay is the same as in Experimental Example 2 and thus is omitted. Specific results of Experimental Example 2 was able to detect and distinguish each mycobacteria in the embodiment of Figure 4 based on the probe information of Table 4.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (26)

핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립의 제조 방법으로서, 핵산 프로브를 운반자(carrier)에 결합시켜 컨쥬게이트(conjugate)를 제조하고, 상기 컨쥬게이트를 진공이동(vacuum transfer) 방식으로 다공성 고체 지지체에 고정시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법. A method for preparing a porous solid support strip coated with a nucleic acid probe, wherein the nucleic acid probe is bonded to a carrier to prepare a conjugate, and the conjugate is fixed to the porous solid support by a vacuum transfer method. A manufacturing method comprising the process of making. 제 1 항에 있어서, 상기 핵산 프로브는 DNA, RNA, PNA 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법. The method of claim 1, wherein the nucleic acid probe is at least one selected from DNA, RNA, and PNA. 제 1 항에 있어서, 상기 핵산 프로브와 운반자의 결합은 공유결합 또는 동등 수준의 결합력을 갖는 친화력 결합(Affinity binding)인 것을 특징으로 하는 제조방법. The method of claim 1, wherein the binding of the nucleic acid probe and the carrier is covalent or affinity binding having an equivalent level of affinity. 제 1 항에 있어서, 상기 핵산 프로브의 5'- 말단 또는 3'-말단이 운반자와 공유결합 또는 친화력 결합(Affinity binding)을 할 수 있는 작용기 또는 리간드로 변형(modification)된 것을 특징으로 하는 제조방법. The method of claim 1, wherein the 5′-end or 3′-end of the nucleic acid probe is modified with a functional group or a ligand capable of covalent or affinity binding with a carrier. . 제 4 항에 있어서, 상기 작용기는 카르복실기(-COOH), 인산기(phosphate), 아미노기(-RNH2, -ArNH2 여기서, R은 H 또는 C1-C6 알킬기), 염화메틸(-ArCH2Cl), 아마이드(-CONH2), 알데히드(-CHO), 히드록실기(-OH), 에폭시(epoxy) 및 티올(thiol)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법. The method of claim 4, wherein the functional group is a carboxyl group (-COOH), a phosphate group (phosphate), an amino group (-RNH 2 , -ArNH 2, wherein R is H or a C 1 -C 6 alkyl group), methyl chloride (-ArCH 2 Cl ), Amide (-CONH 2 ), aldehyde (-CHO), hydroxyl group (-OH), epoxy (epoxy) and thiol (thiol) is a manufacturing method characterized in that at least one selected from the group consisting of. 제 4 항에 있어서, 상기 리간드는 바이오틴(biotin), Glutathione, maltose, histidin, lectin 또는 그 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법. The method of claim 4, wherein the ligand is at least one selected from the group consisting of biotin, Glutathione, maltose, histidin, lectin or derivatives thereof. 제 5 항에 있어서, 상기 아미노기가 핵산 프로브에 직접 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.6. A method according to claim 5, wherein said amino group is attached directly to a nucleic acid probe. 제 6 항에 있어서, 상기 리간드가 핵산 프로브에 직접 부착되어 있는 것을 특징으로 하는제조방법.7. The method of claim 6, wherein said ligand is attached directly to a nucleic acid probe. 제 5 항에 있어서, 상기 아미노기는 짧은 탄소 사슬이 부착된 아미노 C6 링커(amino C6 linker) 또는 아미노 C12 링커인 것을 특징으로 하는 핵산 프로브로 코팅된 멤브레인 스트립 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the amino group is an amino C6 linker or amino C12 linker with a short carbon chain attached thereto. 제 1 항에 있어서, 상기 핵산 프로브는 분광학적, 광화학적, 생화학적, 면역학적 또는 화학적 수단에 의해 직접적 또는 간접적으로 검출가능한 표지를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the nucleic acid probe comprises a label that can be detected directly or indirectly by spectroscopic, photochemical, biochemical, immunological or chemical means. 제 1 항에 있어서, 상기 핵산 프로브는 합성 올리고 뉴클레오티드인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the nucleic acid probe is a synthetic oligonucleotide. 제 11 항에 있어서, 상기 합성 올리고 뉴클레오티드는 16 내지 22 개의 뉴클레오티드로 구성된 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 11, wherein the synthetic oligonucleotide consists of 16 to 22 nucleotides. 제 4 항에 있어서, 상기 핵산 프로브의 내부(internal region)에는 교잡반응의 효율성을 높이는 스페이서가 추가되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 4, wherein a spacer is added to an internal region of the nucleic acid probe to increase the efficiency of the hybridization reaction. 제 13 항에 있어서, 상기 스페이서는 비특이적인 폴리 T 꼬리(poly T tail)인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 13, wherein the spacer is a nonspecific poly T tail. 제 1 항에 있어서, 상기 운반자는 다당류, 단백질 및 합성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the carrier is at least one selected from the group consisting of polysaccharides, proteins, and synthetic polymers. 제 15 항에 있어서, 상기 운반자는 덱스트란 또는 덱스트란 유도체인 것을 특징으로 하는 제조방법. 16. The method of claim 15, wherein said carrier is dextran or dextran derivative. 제 16 항에 있어서, 상기 덱스트란 유도체는 산화 덱스트란인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 16, wherein the dextran derivative is dextran oxide. 제 17 항에 있어서, 상기 산화 덱스트란은 폴리알데히드 덱스트란인 것을 특징으로 하는 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the dextran oxide is polyaldehyde dextran. 제 1 항에 있어서, 상기 컨쥬게이트는 아민기가 표지된 핵산 프로브를 운반자로서 폴리알데히드 덱스트과 반응시켜 시프 염기의 이민 중간체를 형성하고, 환원제로 시프 염기를 환원시켜 비가역적인 결합을 유도함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 제조방법. The method of claim 1, wherein the conjugate is prepared by reacting an amine group-labeled nucleic acid probe with a polyaldehyde dex as a carrier to form an imine intermediate of the sieve base, and reducing the sieve base with a reducing agent to induce irreversible binding. Characterized in the manufacturing method. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 고체 지지체는 멤브레인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1 wherein the porous solid support is a membrane. 제 20 항에 있어서, 상기 멤브레인은 니트로셀룰로오스 또는 나일론인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 20, wherein the membrane is nitrocellulose or nylon. 제 1 항에 있어서, 상기 컨쥬게이트를 건조에 의해 운반자와 다공성 고체 지지체의 구멍 사이에 물리적 흡착시키는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, further comprising physically adsorbing the conjugate between the carrier and the pores of the porous solid support. 제 1 항에 있어서, 상기 진공이동 방식은 자동화 라인 블롯팅 장비의 핵산 슬릿 라인(slit line)에 핵산 프로브와 운반자의 컨쥬게이트를 분주하고 진공펌프를 작동시켜 흡입방식으로 상기 컨쥬게이트를 다공성의 고체 지지체에 흡착시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the vacuum transfer method comprises dispensing the conjugate of the nucleic acid probe and the carrier in the nucleic acid slit line of the automated line blotting equipment and operating the vacuum pump to inhale the conjugate into a porous solid. Method for producing a method comprising the step of adsorbing on a support. 제 1 항에 있어서, 상기 고체상 지지체를 프리-교잡반응 버퍼로 전처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, comprising pretreating the solid phase support with a pre-crosslinking buffer. 제 24 항에 있어서, 상기 프리-교잡반응 버퍼는 denhardt's 용액, SSC, SDS 및 denatured salmon sperm DNA을 포함하는 조성물인 것을 특징으로 하는 제조방법. 25. The method of claim 24, wherein said pre-hybridization buffer is a composition comprising denhardt's solution, SSC, SDS and denatured salmon sperm DNA. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 하나에 따른 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 핵산 프로브가 코팅된 다공성 고체 지지체 스트립.
A porous solid support strip coated with a nucleic acid probe, which is prepared by the method according to any one of claims 1 to 25.
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