[메디게이트뉴스 서민지 기자] 압타머는 표적물질에 특이적으로 결합해 항체와 유사한 특성을 가지는 단일 가닥의 올리고 핵산(DNA 또는 RNA)으로 단백질, 세포, 소분자 물질, 바이러스, 금속이온 등의 다양한 표적분자에 특이적으로 결합한다. 압타머는 항체와 비교될 수 있을 정도의 높은 친화도를 가지기 때문에 항체의 대체물질로써 질병 바이오마커 탐색, 효소면역분석법 등을 이용한 감염병 실험실검사, 암치료제 등의 분야에서 사용되고 있다.

특히 최근 조직염색, 바이오 이미징, 의약품, 질병진단 등의 분야로 압타머의 활용범위가 증가하고 있으며, 감염병 진단분야에서 다양한 신기술과 접목해 검사의 민감도와 특이도, 정확성이 향상되는 것으로 나타났다.

질병관리본부 감염병분석센터 고위험병원체분석과(전준호, 강병학, 이기은)와 압타머사이언스 압타머 연구소(신의수, 김기석)는 압타머를 이용한 감염병 검사법 개발 연구동향을 주제로 한 역학관리 보고서를 9일 확인한 결과다.

감염병 발생 시 신속하고 정확한 실험실 검사는 감염병의 확산을 최소화하고 억제하는 데 필수적이며, 감염병 실험실 검사를 위해 항체를 이용한 다양한 검사법이 사용되고 있다. 이 중 압타머는 항체와 비교될 수 있을 만큼 높은 결합력(nM-pM)으로 인해 1990년 처음 소개된 이후 항체의 대체물질로서 각광받고 있다.

압타머는 약 10^14∼10^15개의 다양성을 가지는 특이 핵산 분자 라이브러리로부터 압타머 발굴(SELEX) 과정을 통해 선별된다.

감염병을 일으키는 박테리아 또는 바이러스에 특이적으로 결합해 특정 감염병에 대한 원인병원체 규명을 위한 다양한 검출법에 사용될 수 있으며, 항체와 비교해 생산 및 화학변형의 용이성, 작은 크기, 재사용성, 고온에서의 안정성, 적은 생산 비용 등의 많은 장점으로 인해 항체 기술의 한계를 확장할 수 있는 가능성이 제기되고 있다. 

실제 이번 분석연구 결과, 실시간 정량 중합효 소연쇄반응(Real-Time quantitative PCR, RT-qPCR) 분석법을 비롯, 단백질 칩기반 분석법, 측방유동 분석법 등에서 민감도, 특이성 등이 높아지는 결과가 나타났다.

단백질로 구성된 항체와 달리 압타머는 핵산으로 구성돼 표적에 결합된 압타머만 선택적으로 분리해 증폭이 가능하다. 

이 같은 특성으로 실시간 정량 중합효소연쇄반응을 통해 압타머가 황색포도알균을 검출할 수 있는지 확인한 결과, 유전체학(genomic) DNA를 이용해 PCR을 수행한 경우보다 훨씬 더 민감하게 황색포도알균을 검출했다.

또한 측방유동 분석법(LFA)에서는 압타머쌍 또는 압타머-항체 쌍을 이용해 다양한 병원체를 검출하고 있다.

특히 인플루엔자 바이러스 H3N2(A/H3N2/Hong Kong) HA3(hemagglutinin 3)를 특이적으로 검출할 수 있는 압타머쌍을 이용한 측방유동 분석법에서 압타머쌍을 이용한 측방유동 분석법의 검출한계가 0.102 HAU(Hemagglutination units)보다 낮았으며, 비강도말, 비인두흡인물 환자 검체에서 바이러스를 검출하기에 충분히 민감한 결과를 보여줬다.

이처럼 2016년 연간 4만 5000건 이상이 인용됐을 정도로 압타머에 대한 문헌 인용 수는 해마다 꾸준히 증가하고 있으며, 압타머를 이용한 감염병 관련 연구 결과 및 특허 출원도 꾸준히 보고되고 있다. 

연구팀은 "압타머를 결합해 병원체를 검출하는 전기화학 바이오센서(Electrochemical Biosensor) 분석법 역시 살모넬라균이 압타머에 결합했을 때 뚜렷한 전기적인 신호의 변화가 있었다"면서 "3 CFU/mL 보다 낮은 검출한계를 보여줬다"고 밝혔다.

연구팀은 "그래핀 양자점(Graphene Quantum Dots, GQD)에 C형 간염 바이러스 코어 항원에 특이적으로 결합하는 압타머를 접합하고, C형 간염 바이러스 코어 항원과 압타머가 결합함으로써 발생하는 전류의 차이를 이용해 C형 간염 바이러스를 검출했다"면서 "이 검사법의 검출한계는 3.3pg/mL로, 임상 검사분야에서 신속하고 민감한 검사법으로 사용 가능할 것으로 기대된다"고 설명했다.

뿐만 아니라 광섬유에 항체 또는 압타머를 고정하고 표적 병원체를 검출하는 분석법에서도 약 1×103 CFU/mL의 검출한계로 리스테리아균 검출이 가능했으며, 단백질 칩에 병원체 특이적인 압타머를 고정해 병원체를 검출하는 연구에서도 압타머가 솔-젤 기반 단백질 칩에서도 성공적으로 사용될 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 "압타머는 항체와 비교할 때 생산 및 화학적 변형이 용이하고 재사용이 가능하며 고온에서도 비교적 안정적"이라며 "작은 크기 및 적은 생산 비용 등 여러 장점으로 인해 항체기술의 한계를 해소해나갈 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이어 "다양한 SELEX 방법과 변형 핵산 등을 이용해 기존의 압타머보다 나은 압타머 발굴을 위한 연구가 계속되고 있으며, 질병 치료제, 바이오 이미징, 감염병 검사를 위한 진단제제 등 다양한 분야에서 활용이 증가하고 있다"면서 "감염병 검사능력 강화를 위한 신속·고감도 검출법 개발이 계속돼야 할 것"이라고 밝혔다.