Development of a SERS-based assay platform using CRISPR-Cas12a for sensitive molecular diagnostics of SARS-CoV-2
저자
발행사항
서울 : 중앙대학교 대학원, 2023
학위논문사항
학위논문(석사)-- 중앙대학교 대학원 : 화학과 분석화학전공 2023. 8
발행연도
2023
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
정확한 코로나바이러스 분자진단을 위한 CRISPR-Cas12a 기반 표면 증강 라만 분석법 개발
형태사항
v, 33장 : 삽화(일부천연색) ; 26 cm
일반주기명
중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다
지도교수: 주재범
참고문헌수록
UCI식별코드
I804:11052-000000239665
DOI식별코드
소장기관
제2형 중증 급성 호흡기 증후군 코로나 바이러스 (SARS-CoV-2) 가 야기한 코로나19 팬데믹은 2019년 12월부터 현재까지도 지속되고 있다. 현재 코로나 바이러스 분자진단의 최적표준은 역전사 중합효소 연쇄반응 (RT-PCR) 이며, 바이러스로부터 표적 유전자를 추출해 증폭한 다음 형광 신호로 검출을 하는 방식이다. 하지만, 이 방식은 형광 검출 방식의 낮은 민감도로 인해 오랜 열 순환 과정을 거쳐 타겟 유전자를 증폭해야 하므로 진단시간이 오래 걸린다는 단점을 가지고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 우리는 크리스퍼/캐스12a (CRISPR/Cas12a) 유전자 가위 기술과 금 나노-팝콘 구조체를 사용한 고감도 분자진단 기술을 개발했다. 정확하고 신속한 고감도 표면 증강 라만 산란 기반 코로나 바이러스 분자 진단은 다음과 같은 과정을 통해 이루어진다. 캐스12a 단백질이 표적 코로나 바이러스 유전자와 결합하면, 활성화된 크리스퍼/캐스12a 유전자 가위는 라만 리포터가 표지된 단일 가닥의 검출 DNA를 절단한다. 검출 DNA와 혼성화 하도록 설계된 포획 DNA는 나노-팝콘 구조체에 고정화되어 있으며 검출 DNA가 절단되면 나노-팝콘 구조체의 표면 증강 라만 산란 (SERS) 신호의 감소가 일어나고 이를 관측하는 방식을 사용했다. 이 연구에서 개발한 크리스퍼/캐스 기반 표면 증강 라만 분석법은 다양한 감염성 질환을 신속하고 정확하게 검출할 수 있을 것으로 기대된다.
더보기The coronavirus disease (COVID-19) pandemic, caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which emerged in November 2019, is still ongoing. The current standard diagnostic method for SARS-CoV-2 is reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR), which involves extracting the target gene from the virus and amplifying it for fluorescent detection. However, this method has the disadvantage of requiring thermocycling steps for target gene amplification due to the sensitivity limit of the fluorescence detection, resulting in a long diagnostic time. To address this issue, this study developed a highly sensitive gene detection technique using the clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas12a system and Au nano-popcorn substrate. When the Cas12a protein binds to the SARS-CoV-2 target genes, the CRISPR/Cas12a system is activated, which has the characteristic of cleaving single-strand deoxyribo nucleic acid (ssDNA). By monitoring the decrease in surface-enhanced Raman scattering (SERS) signal intensity when the CRISPR/Cas12a system cleaves the Raman reporter-labeled detection ssDNA which hybridizes with capture DNA immobilized on the Au nano-popcorn surface, a highly sensitive SERS-based DNA detection method was developed for rapid and accurate diagnosis of SARS-CoV-2. The CRISPR/Cas-based SERS detection system developed in this study is expected to be used to diagnose various infectious diseases quickly and precisely.
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