코로나19 진단기술

1. 분자진단법

① 실시간 RT-PCR법 (실시간 역전사 유전자증폭법)

검체에 존재하는 바이러스의 특정 유전자를 수만 배로 증폭시켜 바이러스의 유무를 확인하는 방법이다. 역전사는 RNA를 다시 DNA로 변환시키는 것을 말하는데, 바이러스의 유전자는 RNA로 존재하고 기존의 유전자증폭법은 RNA를 증폭할 수 없고 DNA를 증폭하는 방법이기 때문에 변환시키게 된다. 유전자 증폭 과정은 검체 내의 바이러스 한 가닥의 RNA를 시약과 혼합하여 두 가닥의 DNA로 변환(역전사)시키고, DNA에 열(92~95℃)을 가하면 두 가닥의 DNA가 떨어지고 특정 온도(50~65℃)가 되면 증폭의 개시점이 되는 2개의 핵산 조각(프라이머)이 바이러스의 DNA에 결합되고 특정온도(70~74℃)에서 중합효소의 작용에 의해 DNA가 두 배로 증폭된다. 이를 약 30회 정도 반복하여 특정 유전자를 대량으로 증폭시키고 형광이 부착된 핵산 조각(프로브)을 이용하여 실시간으로 증폭된 유전자가 확인된다. 바이러스 감염 초기에 진단이 가능하고 가장 높은 정확도를 가지고 있으나, 반복적으로 온도를 변화시키고 형광물질을 확인하는 고가의 장비와 전문 인력이 요구되고 다소 시간이 걸린다는 단점이 있다.

② 실시간 등온증폭법

기본적인 개념은 실시간 역전사 유전자증폭법과 유사하나, 4 또는 6개의 프라이머를 이용하여 두 가닥의 DNA를 한 가닥으로 분리하고 DNA를 복제하는 작용이 온도의 변화(60-65℃ 유지)가 없이 동시에 진행된다는 점에서 차이가 있다. 이로 인해 진단시간을 1시간 이내로 줄일 수 있다. 고가의 온도조절장치가 필요 없고, 짧은 시간에 유전자를 대량 증폭하는 장점을 가지고 있으나 별도의 전용 검출 장비 또는 범용 PCR 장치의 개조가 필요하다.

③ 유전자가위 기반 진단법

특정 유전자 부위를 인식하여 절단하고 수정하는 최신 기술(크리스퍼, CRISPR)을 진단법에 활용한 것으로, 바이러스의 특정 유전자를 인식할 수 있는 가이드 RNA, 가위 단백질(Cas12 또는 Cas13 등) 및 검출을 위한 형광물질이 부착된 핵산(리포터 RNA 등)을 이용한다. 검체의 바이러스 특정 유전자를 증폭하고 가이드 RNA가 이를 인식하면, 가위 단백질이 리포터 RNA를 잘라내어 형광이 발생하면 이를 검출하는 방법이다. 매우 적은 양의 시료로도 분석이 가능하여 잠복기나 무증상 감염을 확인하는데 효과적이나, 유전자 증폭 과정을 거치므로 기존 증폭법이 갖는 한계도 같이 가지고 있고, 유전자 가위 사용에 따른 비용이 추가된다.

2. 면역진단법

① 항원검출법

검체에 있는 바이러스 항원과 결합할 수 있는 인공적으로 합성된 항체를 이용하여 바이러스의 감염 여부를 검출하는 방법이다. 검체 중에 바이러스 항원이 존재하면 항원-항체 결합반응에 의해 항체에 부착되어 있던 발색 물질이 활성화 되어 육안으로 확인할 수 있는데 임신진단키트의 원리와 유사한 방법이다. 진단을 위해 특별한 장비가 필요 없어 진단이 쉬우며 진단시간은 30분 이내로 짧은 장점을 가지고 있다. 다만, 분자진단법과 비교하여 정확도가 다소 낮으며 증상 발현 초기에는 진단이 어렵고 검출을 위해 바이러스와 정확히 결합하는 항체를 제작·합성해야하는 어려움이 있다.

② 항체검출법

바이러스(항원)에 감염되면 체내에 만들어지는 IgG, IgM 등의 인체 항체를 검출하는 것으로, 항원-항체 결합반응을 이용하는 기본적인 개념은 항원검출법과 유사하다. 차이점은 검체에 존재하는 인체 항체가 항원으로 작용한다는 점이고, IgG, IgM 등의 항체와 결합하는 또다른 합성된 항체(안티 IgG, 안티 IgM 항체)를 이용한다. 진단시간은 항원검출법과 동일하게 30분 이내이며, 체내에서 항체가 생성되어야 가능한 방법이므로 감염 초기에는 사용이 어려우며 보통 감염 후 7-14일 이후부터 사용이 가능하다. 피검자가 감염되었던 이력과 감염 후 항체 형성의 진행 과정에 대한 모니터링을 하는데 적합하다.

3. 용어

o 프라이머(primer) : DNA 증폭 시 개시점이 되는 짧은 핵산 분자, 진단키트에서는 검출을 원하는 특정 바이러스 유전자에만 달라붙도록 설계

o 크리스퍼(CRISPR: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) : 표적 유전자의 원하는 부위를 자를 수 있는 인공 DNA 절단효소를 이용하여 유전자 교정에 사용되는 기술

o IgG(면역글로불린 G) :혈액과 세포외액에 있는 주요 항체로 바이러스나 세균 등과 결합하여 신체 조직이 감염되지 않도록 하는 항체

o IgM(면역글로불린 M) : B 세포가 생산하는 항체 개별형 중의 하나로 항원에 노출되면 가장 먼저 나타나는 항체

o 민감도(sensitivity) : 검사자 중에 실제 감염된 사람을 양성으로 판정하는 비율. 검사가 감염자를 골라낼 수 있는지 나타내는 지표

o 특이도(specificity) : 검사자 중에 실제 감염되지 않은 사람을 음성으로 판정하는 비율. 검사가 비감염자를 음성으로 판정하는 지표