요약
이 기술은 세 개의 암구조를 갖는 덤벨형 템플릿을 이용하여 한 개 이상의 표적 유전자를 검출하는 기술입니다. 특히, 이 기술은 다중 유전자 검출이 필요한 유전자 진단, 유전자 치료, 유전자 연구 등의 분야에서 활용 가능합니다. 덤벨형 핵산 템플릿은 하나 이상의 암(arm) 구조를 갖고 있는 점을 활용하여, 절단 효소 인식 분위가 존재하는 다중의 표적 유전자를 특이적, 효율적으로 검출할 수 있습니다. 이를 통해 유전자 진단의 정확도와 효율성을 높일 수 있습니다.
기본 정보
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특허명: 구조가 변환된 덤벨형 템플릿 및 이를 이용한 회전환 반응
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대표 발명자: 김은정 교수
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출원번호: 10-2023-0069588
발명의 배경 및 필요성
기술의 배경
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인구 증가와 고령화로 인해 질병의 정밀한 진단과 치료전략 수립의 필요성이 증가하고 있음
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이를 위해 바이오마커 등의 진단 기술로 핵산 증폭 기술이 활용되고 있음
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중합 효소 연쇄 반응(PCR)은 표적 유전물질을 단시간에 대량으로 증폭하여 전염병, 유전 질환 등을 검출하고 진단하는데 사용됨
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등온 증폭법 중, 회전환 증폭(RCA) 기술은 실온에서도 수행 가능하며, 표적핵산이 하나의 긴 단일가닥 DNA로 생성되어 배경신호에 의한 혼선이 있는 경우에도 고감도로 표적핵산을 검출할 수 있음
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RCA 기술은 DNA 자가조립, 나노구조체 형성을 통해 약물전달, 전자회로 제조, 바이오센싱 및 바이오이미징 등 생체 내 다양한 생물학적, 나노의학적 응용연구에 사용됨
기술의 필요성
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표적 유전자의 다중 검출이 가능한 다중암 구조를 갖는 핵산 템플릿이 필요함
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등온 증폭 반응 시 기존의 덤벨 템플릿보다 향상된 형광신호를 얻을 수 있고, 유전자 중합효소와 절단효소의 경쟁반응을 줄여 증폭 효율을 높일 수 있는 핵산 템플릿이 필요함
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라이게이션 과정 없이 타겟유전자 간의 혼성화 및 RCA를 바로 유도하여 원-스텝으로 등온 증폭 반응을 진행할 수 있는 핵산 템플릿이 필요함
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PCR은 반응 온도를 수십 회 이상 조절함으로써 표적핵산을 증폭하기 때문에 온도조절장치와 같은 고가의 장비를 필요로 함
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등온 증폭법은 온도를 변화시킬 필요 없이 등온에서 표적 핵산의 증폭이 이뤄지기에, 온도조절장치와 같은 고가의 장비가 불필요하며, 현장진단에서도 활용될 수 있음
구현방법
기술의 원리
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이 기술은 유전자가 RNA 중합효소에 의해 mRNA로 전사되고, mRNA가 다양한 요소에 의해 단백질로 번역되는 원리에 기반함
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목적 물질은 생체의 세포, 조직, 기관 또는 생체액 내에 존재하는 대사산물인 대사체일 수 있음
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무세포 단백질 합성 반응 혼합물에는 무세포 단백질 합성을 수행하기 위한 모든 필요한 성분이 포함되어 있음
구체적인 구현 방법
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목적 물질이 핵산인 경우, 특정 RNA 스위치 센서의 원리를 이용하여 핵산을 정량함
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목적 물질이 화합물인 경우, 화합물은 전사인자와 상호작용하여 화합물의 양을 정량함
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목적 물질이 아미노산인 경우, 분석 시료를 무세포 합성 반응 혼합물과 혼합하여 목적 아미노산의 양을 측정함
기술의 장점
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본 기술은 무세포 단백질 합성을 이용하여 분석시료 내에 포함된 다양한 목적물질의 양을 정확하게 정량할 수 있음
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특히, 대표적인 대사체인 아미노산을 정량하는 데 효과적임
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포도당 생성 효소를 이용하여 대사체를 정량하는 방법도 가능함
실험 및 결과
실험의 목적
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주요 목표는 단백질 합성의 원리를 이용하여 FBS 내에 포함된 대표적인 대사체인 아미노산을 정량하는 것임
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분석시료 내에 포함된 다양한 목적물질의 양을 정확하게 정량할 수 있는지 확인하는 것도 중요한 목표임
실험 방법 및 과정
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FBS를 특정 방법으로 처리하여 무세포 단백질 합성 반응을 방해하는 성분을 제거한 후, 본 기술을 적용함
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다양한 농도의 포도당을 포함하는 샘플을 사용하여 실험을 수행함
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FBS 내 아미노산 분석을 위해, 특정 방법을 이용하여 분석 대상이 되는 아미노산을 포함하는 CFPS 반응혼합물을 준비하고 분석함
실험 결과
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첨가된 외부 아미노산이 없는 경우에도 인버타아제 합성량은 유사한 수준을 보임
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각 아미노산은 특정 농도까지 PGM 판독값과 정비례하는 결과를 보임
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실험 결과를 통해, 포도당 생성 효소인 인버타아제의 무세포 합성을 이용하여 대사체를 정량할 수 있음을 확인함
발명의 활용 방안
제품과 서비스의 적용
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이 발명은 세 개의 암구조를 갖는 덤벨형 템플릿을 이용하여 한 개 이상의 표적 유전자를 검출할 수 있는 기술임
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특히, 이 기술은 다중 유전자 검출이 필요한 유전자 진단, 유전자 치료, 유전자 연구 등의 분야에서 활용 가능함
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덤벨형 핵산 템플릿은 하나 이상의 암(arm) 구조를 갖고 있는 점을 활용하여, 절단 효소 인식 분위가 존재하는 다중의 표적 유전자를 특이적, 효율적으로 검출할 수 있음
산업 및 사회적 가치의 창출
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본 발명은 다중 유전자를 동시에 검출할 수 있는 기술로, 이를 통해 유전자 진단의 정확도와 효율성을 높일 수 있음
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유전자 연구 분야에서도 활용 가능하여, 유전자 변이와 질병 간의 연관성 등을 더욱 정밀하게 연구하는 데 기여할 수 있음
기대효과
기술적 혁신
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본 발명은 세 개의 암구조를 갖는 덤벨형 템플릿을 이용한 회전환 반응으로, 기존의 덤벨 템플릿에 비해 더 높은 유전자 검출 효율을 달성함
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특히, RCA를 통해 얻어지는 DNA 산물에 SYBR Green 형광 염색 시 염료가 더 높은 효율로 끼어 들어갈 수 있어, 더욱 정확한 유전자 검출이 가능함
사회적 가치
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이 발명을 통해 유전자 진단의 정확도와 효율성을 높일 수 있으며, 이를 통해 더욱 정밀한 질병 진단 및 치료가 가능해짐
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또한, 유전자 연구의 정밀성을 높여, 유전자와 질병 간의 연관성을 더욱 정확히 파악할 수 있어, 사회적 가치를 창출함
장기적인 비전
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이 기술이 보편화되면, 유전자 진단, 치료, 연구 등의 분야에서 더욱 효율적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대됨
기술 SWOT 분석
Strengths
고감도 유전자 검출
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세 개의 암구조를 갖는 덤벨형 템플릿을 이용하여 한 개 이상의 표적 유전자를 고감도로 검출할 수 있습니다.
다중 유전자 검출 가능
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다중 유전자 검출이 필요한 유전자 진단, 유전자 치료, 유전자 연구 등의 분야에서 활용 가능합니다.
향상된 형광신호
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기존의 덤벨 템플릿보다 향상된 형광신호를 얻을 수 있습니다.
Weaknesses
제조 과정의 복잡성
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세 개의 암구조를 갖는 덤벨형 템플릿의 제조 과정이 복잡할 수 있습니다.
기술의 한계
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특정 유전자에 대한 검출만 가능하며, 모든 유전자에 대한 검출이 불가능할 수 있습니다.
Opportunities
유전자 진단 분야의 확장
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다중 유전자 검출이 가능한 이 기술은 유전자 진단 분야의 확장에 기여할 수 있습니다.
유전자 연구의 발전
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유전자 연구 분야에서도 활용 가능하여, 유전자 변이와 질병 간의 연관성 등을 더욱 정밀하게 연구하는 데 기여할 수 있습니다.
Threats
기존 유전자 검출 기술과의 경쟁
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기존에 널리 사용되고 있는 다른 유전자 검출 기술들과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.
기술의 특허화와 상용화
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기술의 특허화와 상용화 과정에서 다양한 장애 요인이 있을 수 있습니다.
시장 동향
유전 공학 시장 동향
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