Development of advanced molecular detection systems by isothermal rolling circle amplification (RCA)

Abstract

Robust and highly sensitive detection of pathogens in latent period is essential to prevent widespread of infectious diseases [1]. It is getting more important to have early diagnosis to stop pandemic spread out of diseases [2]. There has been a facile and robust microfluidic array chip assay named as 'DhITACT (DNA hydrogel formation by isothermal amplification of complementary target)' [3] This system is based on rolling circle amplification (RCA) of adaptor templates upon the hybridization of pathogens [4]. In this study, we introduce advanced DhITACT system named as DhITACT-TR [5]. In case of DhITACT-TR system, the RCA product by DhITACT system is amplified again generating complementary strands of RCA product. Therefore, DhITACT-TR system has more interactions among amplified DNA products than DhITACT system. It enables more rapid and sensitive detection than DhITACT system. Detection time was shortened from 2 hr to 30 min. and sensitivity is enhanced 100 times than that of DhITACT system.;최근 들어 전 세계적으로 에볼라 바이러스, 메르스 바이러스, 지카 바이러스 같은 감염병이 증가하고 있다. 전염력이 강한 질병 일수록 빠르고 정확하게 DNA/RNA 병원균을 진단하는 것은 매우 중요하며 잠복기 때 진단할 수 있다면 전염병의 확산을 효과적으로 예방하여 큰 피해를 막을 수 있다. 이를 위해서는 정확하며 접근성이 높은 진단 방법이 필요하다. 기존에 DhITACT (DNA hydrogel formation by isothermal amplification of complementary target) 시스템으로서 병원균이 있을 때에만 회전환 증폭이 되어 DNA 하이드로겔 생성에 의해 미세 유동 장치를 흐름이 막힘으로써 육안으로 감염병을 진단하는 연구가 있다. 본 연구는 DhITACT-TR 시스템으로서 DhITACT 시스템을 발전 시켜 더욱 빠르고 정확하게 해당 유전자를 검출한다. 기존 시스템은 1차 회전환 증폭만 있는데 비해 DhITACT-TR 시스템은 1차 증폭 산물을 증폭시킴으로써 2차 증폭을 유도한다. 따라서 좀 더 빠르게 견고한 하이드로겔이 생성되어 더욱 쉽고 정확하게 병원균을 진단할 수 있다. 진단 시간의 경우 DhITACT 시스템은 2시간이 소요 됐던 반면 DhITACT-TR 시스템은 30분으로 더욱 빨라졌으며 검출 감도의 경우 기존 시스템에 비해 약 100배 좋아졌다.