가장 많이 활용되는 등온 증폭 기술인 LAMP의 특징과 원리에 대해 알아보겠습니다.
기존의 분자 진단의 핵심 기술인 Polymerase chain reaction (PCR) 기술은 표적 핵산을 증폭시키기 위해 활용되고 있으나 지속적인 온도 변화를 구현하기 위해 비교적 크기가 크고 단가가 비싼 thermal cycler를 필요로 하는 단점이 있습니다.
이러한 단점을 해결할 수 있는 방법 중 하나로 일정한 온도에서 핵산을 증폭할 수 있는 등온 핵산 증폭 기술이 활발하게 연구되고 있습니다.
오늘은 그러한 등온 핵산 증폭 기술 중 가장 널리 활용되고 있는 기술에 대해 알아보겠습니다.
1. Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) 특징
LAMP 기술은 일본의 Tsugunori Notomi를 포함한 연구원들이 개발한 기술입니다.
현재 국내뿐만 아니라 국외에서 등온 증폭 기술을 활용하여 상업화한 기업들이 많은데 그중 LAMP 기술이 가장 많이 사용되고 있습니다.
60-65℃에서 핵산 증폭 반응이 진행되며 적게는 4개 많게는 6개의 프라이머를 사용합니다.
등온 핵산 증폭 기술들 중에서 민감도가 높고 빠른 기술이며 기술의 특성상 다양한 방식으로 최종 신호(형광, 비색, pH 변화 등)를 낼 수 있습니다.
2. LAMP 원리
다음으로 LAMP 기술의 원리에 대해 설명하겠습니다.
위에서 언급했듯이 적게는 4개의 프라이머 [Forward outer primer (F3), forward inner primer (FIP), backward outer primer (B3), backward inner primer (BIP)] 많게는 6개 (Loop primers)의 프라이머를 사용하여 증폭하는 기술입니다.
증폭이 진행되는 순서에 대해서 간략히 설명해 드리도록 하겠습니다.
1. 우선 표적 DNA에 FIP가 결합한 후 DNA polymerase에 의해 extension이 진행됩니다.
2. 생성된 이중 가닥 DNA에 F3가 결합하여 extension이 진행되고 기존 FIP에 의해 생성되었던 DNA가 단일 가닥으로 분리됩니다.
3. FIP에 의해 생성된 단일 가닥의 DNA는 앞선 1)-2)의 과정을 B3와 BIP를 사용하여 진행하게 됩니다.
4. 이러한 과정을 거쳐 2개의 루프 구조를 가지는 중간 생성물을 만들게 되고 이러한 중간 생성물에 루프 프라이머들과 FIP, BIP의 결합 및 추가적인 extension을 통해 더욱 많은 루프 구조를 가지게 되는 생성물을 만들게 됩니다.
위의 과정을 통해 만들어진 LAMP 기술의 생성물은 일반적으로 이중 가닥 DNA에 결합하는 형광 물질을 통해 신호를 확인하는 경우가 있습니다.
물론 루프의 특이적인 구조를 활용하여 다양한 방법(비색, pH 변화, 전기화학 신호)으로 신호를 확인하기도 합니다.
3. 마치며
LAMP 기술은 다른 등온 핵산 증폭 기술 대비 높은 민감도와 빠른 검출 시간 그리고 시약의 값도 싼 편이기 때문에 많이 활용되고 있습니다.
더욱이 등온 기술이기 때문에 열 순환기를 필요로 하지 않기 때문에 소형화된 기기에 접목이 유리하여 현장 적용에 용이합니다.
그러나 4-6개의 프라이머를 사용하기 때문에 설계에 어려움이 있으며, 여러 가지 표적 물질을 동시에 검출하기 어렵습니다.
또한 carry-over contamination이나 false signal을 내는 경우가 종종 있습니다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 많은 연구가 진행되고 있는 중이며 처음 기술 개발 당시보다 훨씬 높은 효율의 기술이 되고 있습니다.
앞으로 멀지 않은 미래에 PCR을 대체할 수 있는 가장 유망한 등온 핵산 증폭 기술 중 하나라고 생각합니다.