자성 하이드로겔 입자는 SARS의 나노기공 서열 분석을 향상시킵니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2163(2023) 이 기사 인용

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여기에 제시된 자성 하이드로겔 입자 지원 워크플로우는 Oxford Nanopore Technologies MinION 시퀀싱 플랫폼을 사용하여 시퀀싱 결과를 크게 향상시키는 진단 잔여 면봉 샘플에서 SARS-CoV-2를 캡처하고 농축하기 위한 워크플로우입니다. 우리의 접근 방식은 새로운 친화력 기반 자성 하이드로겔 입자를 활용하여 낮은 입력 시료량을 피하고 Nanopore 시퀀싱과 호환되는 신속한 수동 및 자동화된 높은 처리량 워크플로우를 허용합니다. 이 접근법은 표준 RNA 추출 프로토콜을 향상시켜 바이러스 매핑 판독을 최대 40배까지 향상시키고 낮은 역가의 진단 잔존 샘플에서 시퀀싱 적용 범위를 20~80% 향상시킵니다. 또한, 우리는 이 접근법이 인위적인 인플루엔자 바이러스 및 호흡기 세포융합 바이러스 샘플에 효과가 있음을 입증하여 VTM 샘플에서 여러 바이러스의 시퀀싱 결과를 식별하고 개선하는 데 사용될 수 있음을 시사합니다. 이러한 방법은 수동으로 수행하거나 KingFisher 자동화 플랫폼에서 수행할 수 있습니다.

2022년 4월 10일 기준으로 전 세계적으로 5억 명 이상의 코로나19 사례가 발생했고 거의 620만 명에 가까운 코로나19 관련 사망자가 발생했습니다1. SARS-CoV-2의 확산을 방지하기 위해 전 세계적으로 광범위한 보건 조치를 취했음에도 불구하고 바이러스 돌연변이로 인해 전염병이 일상 생활에 널리 퍼질 수 있었습니다. 새로운 바이러스 변종의 탐지 및 모니터링은 전 세계 보건 대응에서 중요한 도구가 되었으며, 신속하게 배포 가능하고 정확한 서열 분석 방법의 필요성이 강조되었습니다2,3,4,5. 최근 차세대 시퀀싱(NGS) 기술의 발전으로 인해 바이러스 발생을 모니터링하고 식별하기 위해 시퀀싱을 일상적으로 사용할 수 있게 되었지만 많은 NGS 기기는 휴대성이 좋지 않고 여전히 비용이 비싸기 때문에 전반적인 채택이 제한됩니다6,7. ONT(Oxford Nanopore Technologies) MinION 플랫폼은 현장에서 다양한 호흡기 바이러스를 식별하고 서열 분석할 수 있는 비교적 저렴하고 휴대 가능한 탐지 전략을 제공합니다8,9,10.

시퀀싱의 발전으로 SARS-CoV-2 및 기타 바이러스 게놈의 신속한 현장 검출 및 특성화가 가능해졌지만, 이러한 휴대용 시퀀서는 여전히 특정 단점, 즉 시퀀싱 반응에 대량의 바이러스 RNA를 사용하지 않는 한 다음과 같은 단점으로 인해 제한됩니다. 베이스콜 중 정확도 문제가 발생할 수 있습니다11,12,13,14,15,16. 이러한 기술적 한계로 인해 바이러스 발생에 신속하고 정확하게 대응하고 실시간으로 전송을 추적하는 능력을 향상시킬 수 있는 도구의 유용성이 줄어듭니다.

샘플 농축을 통해 분석용 RNA 물질의 총량을 늘리는 것은 시퀀싱 플랫폼의 성능을 향상시키는 데 사용할 수 있는 전략 중 하나입니다. 이를 위해 우리는 SARS-CoV-2 바이러스 수송 매체(VTM) 샘플에 친화도 기반 자성 하이드로겔 입자(나노트랩 입자) 농축 기술을 적용하여 나노포어 시퀀서의 바이러스 시퀀싱 한계를 해결하고자 했습니다. 간단히 말하면, 자성 하이드로겔 입자는 대량의 샘플에서 빠른 분석물(예: 온전한 비리온) 결합을 촉진하고 다운스트림 분석에서 간섭 물질의 존재를 줄임으로써 분석 성능을 향상시킵니다. 하이드로겔 입자는 가교된 폴리머 사슬의 틀에 고정된 친화성 염료와 같은 소분자를 사용하여 관심 분석물질을 포착하고 농축합니다. 이러한 작은 분자는 정전기적 상호작용과 소수성 상호작용의 조합을 통해 종종 매우 높은 친화력으로 표적(예: 비리온 표면 단백질)에 결합합니다. 자성 하이드로겔 입자에 결합되면 간단한 자성 분리 단계를 통해 비리온을 농축하고 시료 매트릭스에서 제거할 수 있습니다. 농축 후, 비리온은 하이드로겔 입자 친화성 염료에 단단히 결합되어 바이러스 핵산을 분자 분석에 사용할 수 없습니다. 따라서 핵산 추출 키트는 다운스트림 분자 분석을 준비하기 위해 비리온을 용해하고 바이러스 핵산을 정제하는 데 사용됩니다. Nanotrap 입자 기술은 복잡한 임상 샘플에서 바이오마커와 분석물을 강화하고 안정화함으로써 임상 진단에 폭넓게 적용되는 것으로 나타났습니다. 최근 연구에서는 이러한 농축 및 추출 과정이 입증되었으며, 이는 자성 하이드로겔 입자가 다중 분자 분석에서 SARS-CoV-2를 포함한 많은 바이러스 유형의 검출을 집중하고 개선할 수 있음을 보여줍니다17,18,19,20,21.