한 병, 두 개의 표적: 100% 민감도를 갖춘 휴대용 CRISPR 기반 결핵 진단

복잡한 장비 없이 객담에서 직접 실시할 수 있는 휴대용 결핵 검사에 대한 논문이 Science Advances 에 게재되었습니다. 등온 DNA 증폭과 CRISPR 판독이 단일 시험관에서 결합되었습니다. 두 개의 보존적 결핵균 삽입(IS6110 및 IS1081)을 한 번에 검사하고, 내부 샘플 대조군으로 인간 유전자를 추가했습니다. 임상 샘플에 대한 소규모 "맹검" 검사에서 이 검사는 배양과 비교하여 100% 민감도(6/6)와 100% 특이도(7/7)를 나타냈습니다. 검출 한계는 모의 객담에서 ~69–81 CFU/ml입니다. 결과는 종이 시험지에서 확인할 수 있으며, 시약은 동결건조됩니다("콜드 체인" 없이 보관).

배경

WHO에 따르면 2023년에는 결핵으로 약 125만 명이 사망할 것으로 예상됩니다. 결핵은 약 1,080만 건의 사례가 발생하여 다시 한번 주요 감염성 사망 원인이 되었습니다. 따라서 특히 자원이 부족한 환경에서는 접근성과 신속한 진단이 매우 중요합니다.

• 현재 검사는 정확도, 속도, 그리고 가격의 절충안입니다. "골드 스탠다드" 배양은 매우 정확하지만 속도가 느립니다. 현미경 검사는 빠르지만 민감도가 떨어집니다. Xpert MTB/RIF Ultra와 같은 PCR 플랫폼은 민감도가 훨씬 높지만(LOD ≈ 15.6 CFU/ml), 고가의 장비와 카트리지가 필요하여 적용 범위가 제한됩니다.
• 등온 및 CRISPR의 장점. 등온 RPA 증폭은 37~42°C에서 작동하며 열 순환기가 필요하지 않아 현장에서 편리하게 사용할 수 있습니다. CRISPR 판독(Cas12/13)은 종 특이성을 높이고 복잡한 광학 장치 없이도 시각적인 측면 흐름("스트립")을 제공합니다. 결론적으로, 이것이 바로 휴대가 간편하고 저렴한 PVR 검사를 위한 지름길입니다.
• 두 개의 MBT 표적(IS6110 + IS1081)을 동시에 사용하는 이유는 무엇입니까? IS6110은결핵균 복합체 의 다중 사본 삽입물이지만, 일부 계통에서는 사본이 거의 없어서 IS6110 검사만으로는 "실패"할 수 있습니다. IS1081 삽입물을 하나 더 추가하면 위음성 결과의 위험을 줄일 수 있습니다.
• 내부 인체 대조군이 필요한 이유. 호흡 샘플에는 억제제와 "불량" 샘플이 포함될 수 있습니다. 내부 인체 대조군(예: RNase P/게놈 DNA)은 해당 물질의 적합성과 반응이 억제되지 않았음을 확인합니다. 그렇지 않으면 결과를 음성으로 간주할 수 없습니다.
• 원포트 방식 자체가 중요합니다. 단계를 줄이고, 오염 위험을 줄이며, 실험실 밖에서도 작업을 용이하게 합니다. 결핵에 대한 이러한 접근법은 이미 타당성이 입증되었습니다. 이번 연구에서는 내부 대조군을 포함하는 이중 표적 방식으로 이 아이디어를 확장하고, 시약의 동결건조와 스트립 판독기를 시연합니다.
• 현재 논문의 가치는 무엇일까요? 저자들은 가장 단순화된 샘플 준비 후 객담에서 직접 검출이 가능함을 입증했습니다. 모의 객담에서 검출 한계는 약 70~80 CFU/ml였으며, 소규모 맹검 임상 샘플에서 민감도/특이도가 100%였습니다. 이는 향후 다기관 검증을 위한 좋은 "기술 데모"입니다.

이게 어떻게 작동하나요?

• 과학자들은 RPA(37°C에서 유전 물질의 급속 등온 증폭)를 "절단" 효소인 Cas13a/Cas12a와 결합했습니다. 가이드 RNA를 선택한 후, 두 개의 MBT 표적을 동시에, 그리고 인간 DNA와 병렬로 표적화하도록 시스템을 구성했습니다(샘플에 물질이 있는지, 그리고 반응이 "중단"되지 않았는지 확인).
• 모든 화학 물질은 하나의 시험관에 담습니다. 배양 후, 형광계나 측면 흐름 스트립으로 결과를 읽습니다. 기본적으로 즉석 검사와 같습니다.
• 객담 처리는 핵산 추출기 없이 가열과 간단한 원심분리만으로 간소화되었습니다. 가장 제한적인 조건에서는 원심분리기를 대체할 수 있는 수동 방법도 논의합니다.

테스트 결과

• 검출 한계: "스파이크" 객담에서 69.0 CFU/ml(H37Rv 균주) 및 80.5 CFU/ml(BCG). 다른 세균/진균과의 교차 반응은 검출되지 않았습니다.
• 임상 환경(맹검 샘플): 실제 임상에서 채취한 13개 샘플에서 시딩 대비 민감도 100%(6/6) 및 특이도 100%(7/7)를 나타냈습니다. 비교를 위해, 동일한 키트에서 GeneXpert Ultra는 각각 100%/86%의 민감도와 특이도를 나타냈습니다.
• 기술적 세부 사항: 두 가지 판독 옵션 중 Cas13a가 더 잘 작동했습니다("원팟" 형식의 경우 Cas12a보다 민감도가 더 높음). 또한, 두 개의 Mtb 표적을 병렬로 테스트하면 잘못된 결과의 위험이 줄어듭니다.

왜 이것이 필요한가요?

오늘날의 검사는 정확도, 속도, 그리고 가용성의 절충안입니다. 배양은 매우 정확하지만 느리고, 면봉 검사는 빠르지만 부정확합니다. GeneXpert와 같은 PCR 시스템은 정확하고 빠르지만 값비싼 장비와 카트리지가 필요합니다. 새로운 CRISPR 접근법은 이러한 간극을 메우는 것을 목표로 합니다. 37°C에서 작동하는 현장 진단법과 종이 스트립 판독, 그리고 냉장 보관 없이 시약을 보관할 수 있는 가능성을 제공합니다.

제한 사항 및 향후 계획

이는 소규모 임상 세트에 대한 초기 시연으로, 대규모 다기관 검사(HIV 동시 감염, 소아, 희소균형, 다양한 MBT 계통 포함)가 필요합니다. 저자들은 "현장" 버전 자체에서는 탁상형 원심분리기를 완전 수동 솔루션으로 교체해야 한다고 별도로 언급했습니다. 하지만 하나의 시험관에 "두 개의 표적 + 내부 대조군"을 포함하는 아키텍처 자체는 이미 그 유용성이 입증되었으며, 대량 사용을 위한 개선 방안을 제시합니다.

출처: Alexandra G. Bell 외. 객담에서 직접 결핵을 검출하는 간소화된 CRISPR 기반 검사, Science Advances, 2025년 8월 6일 온라인(제11권, 제32호). DOI: 10.1126/sciadv.adx206