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KR102695295B1 - Novel guide RNA capable of specific detection of norovirus GII.3 based on CRISPR-Cas and uses thereof - Google Patents

Novel guide RNA capable of specific detection of norovirus GII.3 based on CRISPR-Cas and uses thereof Download PDF

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KR102695295B1
KR102695295B1 KR1020230059722A KR20230059722A KR102695295B1 KR 102695295 B1 KR102695295 B1 KR 102695295B1 KR 1020230059722 A KR1020230059722 A KR 1020230059722A KR 20230059722 A KR20230059722 A KR 20230059722A KR 102695295 B1 KR102695295 B1 KR 102695295B1
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KR
South Korea
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norovirus gii
present
crispr
guide rna
gii
Prior art date
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KR1020230059722A
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Inventor
이상용
박영민
김상구
이상윤
이효율
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주식회사 풀무원
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Abstract

본 발명은 CRISPR-Cas 기반의 노로바이러스 GII.3 특이적 검출이 가능한 신규 가이드 RNA 및 이를 이용한 노로바이러스 GII.3 검출, 이의 감염증 진단 방법에 관한 것이다. 본 발명이 제공하는 가이드 RNA를 이용하면 검체 내 노로바이러스 GII.3을 매우 높은 민감도와 특이도로 신속하게 검출할 수 있다. The present invention relates to a novel guide RNA capable of specific detection of norovirus GII.3 based on CRISPR-Cas and a method for detecting norovirus GII.3 and diagnosing infection thereof using the same. Using the guide RNA provided by the present invention, norovirus GII.3 in a specimen can be rapidly detected with very high sensitivity and specificity.

Description

CRISPR-Cas 기반의 노로바이러스 GII.3 특이적 검출이 가능한 신규 가이드 RNA 및 이의 활용{ Novel guide RNA capable of specific detection of norovirus GII.3 based on CRISPR-Cas and uses thereof}{Novel guide RNA capable of specific detection of norovirus GII.3 based on CRISPR-Cas and uses thereof}

본 발명은 CRISPR-Cas 기반의 노로바이러스 GII.3 특이적 검출이 가능한 신규 가이드 RNA 및 이를 이용한 노로바이러스 GII.3 검출, 이의 감염증 진단 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a novel guide RNA capable of specific detection of norovirus GII.3 based on CRISPR-Cas, and a method for detecting norovirus GII.3 and diagnosing infection thereof using the same.

노로바이러스(Norovirus)는 전세계적으로 비세균성 급성위장관염의 원인체로서 알려져 있으며, 오염된 음식물이나 물 등을 섭취하였을 경우 사람에게 감염성 위장염을 일으키는 장관(腸管)계 바이러스(Enteric virus)의 한 종류이다. 노로바이러스는 칼리시 바이러스과(Family Calicivirdae)의 속하는 바이러스로 7.5 ~ 7.5 kb 크기의 signle-stranded RNA genome을 가지며. 3개의 해독틀(open reading frame: ORF)로 구성되어 있다. 노로바이러스는 1968년 미국 오하이오주 노워크(Norwalk) 초등학교에서 발생한 집단식중독 환자의 설사변에서 처음으로 발견하였으며, 그 당시에는 (Norwalk Viruses)라고 하였다. 그 후 유사한 식중독 환자에서 노워크바이러스와 비슷한 바이러스가 계속하여 발견되었으며, 발견된 지역의 이름을 따서 하와이 바이러스, 몽고메리 바이러스, 타운톤 바이러스 등으로 부르게 되었다. 1972년 전자현미경 하에서 그 형태가 밝혀져, 이 바이러스가 바이러스 중에서도 작고 구형을 하고 있던 것에서 원형소체바이러스(small round-structured virus, SRSV)라고도 하였으며, 그 후 비세균성 급성 위장염의 환자로부터 Norwalk virus와 닮은 소형구형바이러스가 잇달아 발견되었기 때문에 일시적으로 유사노워크바이러스(Norwalk-like virus)라고도 부르기도 하였다. 2002년 8월 국제 바이러스 분류 위원회 (International Committee on Taxonomy of Viruses: ICTV)에서 노로바이러스라는 하나의 명칭으로 통일하였다. 현재는 유전형에 따라 분류된 5가지(GI, GII, GIII, GIV, GV)의 타입의 노로바이러스 가운데 사람에 감염을 일으키는 유전형은 GI, GII, GIV 그룹으로, 그 중에서도 유전형 GII.4 의 경우 전세계적으로 대부분의 노로바이러스 식중독에 관여하며, 국내의 경우 GII.4에 이어 GII.3가 높은 검출율로 보고되었다.Norovirus is known worldwide as a cause of nonbacterial acute gastroenteritis, and is a type of enteric virus that causes infectious gastroenteritis in humans when contaminated food or water is consumed. Norovirus is a virus belonging to the family Calicivirdae and has a single-stranded RNA genome of 7.5 to 7.5 kb in size, consisting of three open reading frames (ORFs). Norovirus was first discovered in 1968 from the diarrhea of a patient with mass food poisoning at an elementary school in Norwalk, Ohio, and was called (Norwalk Viruses) at the time. After that, viruses similar to Norwalk virus were continuously discovered in similar food poisoning patients, and they were named after the places where they were discovered, such as Hawaii virus, Montgomery virus, and Taunton virus. In 1972, its shape was revealed under an electron microscope, and because this virus was small and spherical among viruses, it was also called small round-structured virus (SRSV). After that, small spherical viruses similar to Norwalk virus were successively discovered from patients with nonbacterial acute gastroenteritis, so it was temporarily called Norwalk-like virus. In August 2002, the International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) unified the name as norovirus. Currently, among the five types of norovirus classified by genotype (GI, GII, GIII, GIV, GV), the genotypes that cause human infection are the GI, GII, and GIV groups. Of these, genotype GII.4 is involved in most norovirus food poisoning worldwide, and in Korea, GII.3 has been reported to have a high detection rate following GII.4.

노로바이러스에 감염되었을 경우, 오심, 구토, 설사, 복통을 주 증상으로 하고 대부분의 경우 증상은 경미하며 1~2일 지나면 자연 회복된다. 잠복기는 24~48 시간이며, 감염자의 대변 혹은 구토물에 있는 바이러스가 음식이나 물을 오염시키거나 혹은 감염자가 접촉한 물건, 식품 등이 오염되어 이를 먹거나 마시거나 접촉함으로서 바이러스가 입으로 들어오게 된다. 소량의 바이러스만 있어도 쉽게 감염될 수 있을 정도로 쉽게 전파되며, 전염성은 증상의 발현기에 가장 심하며 회복 후 3일에서 최장 2주일까지 유지된다 (질병관리본부 건강정보).If you are infected with norovirus, the main symptoms are nausea, vomiting, diarrhea, and abdominal pain. In most cases, the symptoms are mild and recover naturally after 1-2 days. The incubation period is 24-48 hours, and the virus in the stool or vomit of an infected person contaminates food or water, or the virus enters the mouth when you eat, drink, or come into contact with contaminated objects or food that the infected person has touched. It is easily transmitted to the point that you can easily get infected with just a small amount of the virus, and the contagiousness is most severe when symptoms appear and lasts from 3 days to up to 2 weeks after recovery (Korea Centers for Disease Control and Prevention Health Information).

상용화된 노로바이러스 항원 검출용 효소면역검사(Enzyme Immunoassays, EIA) 진단 kit가 개발되어 있으나, 효소면역검사 분석법은 노로바이러스 균주에 따라서 민감도가 달라지는 단점이 있으며, 이 때문에 노로바이러스에 의한 집단발병의 원인규명시 보조적인 수단으로 사용할 수 있지만 진단을 위한 표준프로토콜로 사용하기에는 기술적인 한계를 가지는 것으로 보고되어 있다. 일반적으로 환자의 분변으로부터 바이러스 유전자를 직접 증폭하여 검출하는 역전사 중합효소연쇄반응 (RT-PCR), 실시간 역전사 중합효소연쇄반응 (Real-Time RT-PCR) 방법이 널리 검출진단에 사용되나 단일 프라이머 쌍으로는 민감도 높은 검출이 어렵기 때문에 프라이머 또는 프로브 제작 비용이 많이 든다는 단점이 있다.Although commercial enzyme immunoassays (EIA) diagnostic kits for detecting norovirus antigens have been developed, the enzyme immunoassay analysis method has a disadvantage in that its sensitivity varies depending on the norovirus strain. Therefore, although it can be used as an auxiliary means for identifying the cause of an outbreak caused by norovirus, it has been reported to have technical limitations for use as a standard protocol for diagnosis. In general, reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and real-time RT-PCR methods, which directly amplify and detect viral genes from the patient's stool, are widely used for detection and diagnosis. However, since it is difficult to detect with high sensitivity with a single primer pair, there is a disadvantage in that the cost of producing primers or probes is high.

최근, 높은 검출 민감도와 특이도를 갖는 SHERLOCK(Cas13), DETECTR(Cas12a), 및 Cas14-DETECTR를 포함한, CRISPR-Cas 기반 DNA 검출 플랫폼이 개발되고 있으나, 아직까지는 노로바이러스 GII.3를 매우 높은 특이도로 검출할 수 있는 관련 기술은 개발된 바 없다.Recently, CRISPR-Cas-based DNA detection platforms, including SHERLOCK (Cas13), DETECTR (Cas12a), and Cas14-DETECTR, with high detection sensitivity and specificity have been developed, but no related technology has been developed yet that can detect norovirus GII.3 with very high specificity.

따라서, 노로바이러스 GII.3의 정확한 검출 및 이의 감염증 진단의 정확도 및 민감도를 향상시키기 위해, CRISPR-Cas 기반 유전자 검출 방법에 이용되는 신규한 가이드 RNA 및 이를 이용한 방법을 개발할 필요가 있다Therefore, to improve the accuracy and sensitivity of the accurate detection of norovirus GII.3 and the diagnosis of its infection, it is necessary to develop a novel guide RNA and a method using the same for use in a CRISPR-Cas-based gene detection method.

이에, 본 발명자는 CRISPR-Cas 단백질과 함께 노로바이러스 GII.3를 특이적으로 검출할 수 있는 신규한 가이드 RNA를 개발하고 이의 효과를 평가함으로써 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the inventors of the present invention developed a novel guide RNA capable of specifically detecting norovirus GII.3 together with a CRISPR-Cas protein and evaluated its effect, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 노로바이러스 GII.3 특이적 가이드 RNA를 제공하는 것이다. Accordingly, the purpose of the present invention is to provide a norovirus GII.3 specific guide RNA comprising the base sequence of sequence number 1.

본 발명의 다른 목적은 상기 가이드 RNA를 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출용 조성물 및 키트를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a composition and kit for detecting norovirus GII.3 comprising the guide RNA.

본 발명의 다른 목적은 하기 단계를 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출방법을 제공하는 것이다:Another object of the present invention is to provide a method for detecting norovirus GII.3 comprising the following steps:

(a) 검체로부터 수득한 핵산을 증폭시키는 단계(a) A step of amplifying nucleic acid obtained from a sample.

(b) 상기 증폭 산물에 상기 가이드 RNA, 엔도뉴클레아제 및 리포터 유전자를 첨가하여 반응시키는 단계; 및(b) a step of adding the guide RNA, endonuclease and reporter gene to the amplification product and reacting them; and

(c) 상기 리포터 유전자의 신호를 검출하는 단계. (c) a step of detecting a signal of the reporter gene.

본 발명의 다른 목적은 상기 가이드 RNA를 포함하는 식중독 진단용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for diagnosing food poisoning comprising the guide RNA.

그러나, 전술한 바와 같은 본 발명의 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.However, the above-described tasks of the present invention are exemplary and do not limit the scope of the present invention. In addition, other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description of the invention, claims, and drawings below.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 노로바이러스 GII.3 특이적 가이드 RNA를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object of the present invention, the present invention provides a norovirus GII.3 specific guide RNA comprising the base sequence of sequence number 1.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 가이드 RNA를 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출용 조성물 및 키트를 제공한다. In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a composition and kit for detecting norovirus GII.3 comprising the guide RNA.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출방법을 제공한다:In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a method for detecting norovirus GII.3, comprising the following steps:

(a) 검체로부터 수득한 핵산을 증폭시키는 단계(a) A step of amplifying nucleic acid obtained from a sample.

(b) 상기 증폭 산물에 상기 가이드 RNA, 엔도뉴클레아제 및 리포터 유전자를 첨가하여 반응시키는 단계; 및(b) a step of adding the guide RNA, endonuclease and reporter gene to the amplification product and reacting them; and

(c) 상기 리포터 유전자의 신호를 검출하는 단계. (c) a step of detecting a signal of the reporter gene.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 가이드 RNA를 포함하는 식중독 진단용 조성물을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a composition for diagnosing food poisoning comprising the guide RNA.

다른 정의가 없는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 당업자들에 의해 통상적으로 이해되는 동일한 의미를 가진다. 다음의 참고문헌은 본 발명의 명세서에 사용된 여러 용어들의 일반적인 정의를 갖는 기술의 하나를 제공한다; Singleton et al., DICTIONARY OF MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOTY (2th ed. 1994); THE CAMBRIDGE DICTIONARY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY (Walkered., 1988); 및 Hale & Marham, THE HARPER COLLINS DICTIONARY OF BIOLOGY. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. The following references provide one of the art having common definitions of various terms used in the specification of the present invention; Singleton et al., DICTIONARY OF MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOTY (2nd ed. 1994); THE CAMBRIDGE DICTIONARY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY (Walkered., 1988); and Hale & Marham, THE HARPER COLLINS DICTIONARY OF BIOLOGY.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.The present invention is described in detail below.

본 발명은 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 노로바이러스 GII.3 특이적 가이드 RNA를 제공한다.The present invention provides a norovirus GII.3 specific guide RNA comprising a base sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명에서 상기 가이드 RNA는 crRNA 또는 gRNA 일 수 있다. crRNA는 CRISPR RNA라 불리운다. 또한, gRNA는 가이드 RNA를 지칭한다. crRNA 및 gRNA는 단일 가닥 RNA(single strand RNA) 일 수 있다. 또한, crRNA는 tracrRNA와 결합하여 크리스퍼 연관 단백질을 작동하게 할 수 있으며, crRNA는 tracrRNA와 결합된 형태로 이용될 수 있다. 이때, crRNA는 노로바이러스 GII.3에 특이적으로 존재하는 유전자 서열에 상보적인 서열을 가질 수 있다. 또한, gRNA도 노로바이러스 GII.3에 특이적으로 존재하는 유전자 서열과 결합하여 크리스퍼 연관 단백질이 활성을 나타내게 할 수 있다. 상기 crRNA 또는 gRNA는 15 내지 40개의 핵산으로 구성된 RNA 일 수 있다. 일 구체예로 crRNA 또는 gRNA는 24개의 핵산으로 구성될 수 있다. 또한, crRNA 또는 gRNA는 Cas12, Cas13 또는 Cas14와 같은 크리스퍼 연관 단백질이 활성을 갖게 하기 위해 3'에 추가적인 서열(예를 들어, tracrRNA, scoutRNA)을 포함할 수 있다. 상기 가이드 RNA는 상기 표적 핵산에서 PAM의 5' 방향 또는 3' 방향으로 연속적인 2 내지 24 뉴클레오티드(예, 20 nt 내외)(이하, 'nt'라 함)의 뉴클레오티드 서열과 상보적인 폴리뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 상기 가이드 RNA의 길이는 10 nt 내지 100 nt, 10 nt 내지 90 nt, 10 nt 내지 80 nt, 10 nt 내지 70 nt, 10 nt 내지 60 nt, 10 nt 내지 50 nt, 15 nt 내지 50 nt, 20 nt 내지 50 nt, 25 nt 내지 50 nt, 30 nt 내지 50 nt, 35 nt 내지 50 nt, 40 nt 내지 50 nt, 또는 45 nt 내지 50 nt일 수 있다. 일 실시예로 상기 gRNA는 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the guide RNA may be crRNA or gRNA. crRNA is called CRISPR RNA. In addition, gRNA refers to guide RNA. crRNA and gRNA may be single strand RNA. In addition, crRNA may bind to tracrRNA to operate a CRISPR-associated protein, and crRNA may be used in a form bound to tracrRNA. At this time, crRNA may have a sequence complementary to a gene sequence specifically present in norovirus GII.3. In addition, gRNA may also bind to a gene sequence specifically present in norovirus GII.3 to cause the CRISPR-associated protein to exhibit activity. The crRNA or gRNA may be RNA composed of 15 to 40 nucleic acids. In one specific example, the crRNA or gRNA may be composed of 24 nucleic acids. Additionally, the crRNA or gRNA may include additional sequences (e.g., tracrRNA, scoutRNA) at the 3' end to activate a CRISPR-associated protein such as Cas12, Cas13 or Cas14. The guide RNA may include a polynucleotide complementary to a nucleotide sequence of 2 to 24 nucleotides (e.g., about 20 nt) (hereinafter referred to as 'nt') in the 5' or 3' direction of the PAM in the target nucleic acid. The length of the above guide RNA may be 10 nt to 100 nt, 10 nt to 90 nt, 10 nt to 80 nt, 10 nt to 70 nt, 10 nt to 60 nt, 10 nt to 50 nt, 15 nt to 50 nt, 20 nt to 50 nt, 25 nt to 50 nt, 30 nt to 50 nt, 35 nt to 50 nt, 40 nt to 50 nt, or 45 nt to 50 nt. In one embodiment, the gRNA may be characterized by including a base sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명은 또한, 상기 가이드 RNA를 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출용 조성물을 제공한다. The present invention also provides a composition for detecting norovirus GII.3 comprising the guide RNA.

본 발명에 따른 상기 조성물에는 상기 가이드 RNA를 이용하여 노로바이러스 GII.3를 특이적으로 검출하기 위한 추가 구성성분, 구체적으로는 엔도뉴클레아제 및 리포터 유전자가 추가로 포함될 수 있으며, 또한 노로바이러스 GII.3 유전자와 상보적인 서열을 포함하여 이를 증폭할 수 있는 프라이머쌍이 추가로 포함될 수 있다. The composition according to the present invention may further include additional components for specifically detecting norovirus GII.3 using the guide RNA, specifically, an endonuclease and a reporter gene, and may further include a pair of primers capable of amplifying the norovirus GII.3 gene and including a sequence complementary to the same.

본 발명에서 용어 "프라이머"는 짧은 자유 3 말단 수산화기(free 3' hydroxyl group)를 가지는 핵산 서열로 노로바이러스 핵산의 상보적인 주형(template)과 염기쌍(base pair)을 형성할 수 있고, 주형 가닥 복사를 위한 시작 지점으로 기능을 하는 짧은 핵산 서열을 의미한다. 본 발명에 따른 상기 조성물에는 노로바이러스 GII.3의 유전자에 상보적인 서열을 포함하여 이를 증폭할 있는 것이라면 어떠한 서열의 프라이머쌍이라도 본 발명의 상기 조성물에 포함될 수 있고, 바람직하게는 상기 프라이머쌍은 노로바이러스 GII.3의 ORF2 유전자의 VP1 capsid region을 특이적으로 증폭할 수 있는 것일 수 있다. The term "primer" in the present invention means a short nucleic acid sequence having a short free 3' hydroxyl group, which can form base pairs with a complementary template of a norovirus nucleic acid, and which functions as a starting point for template strand copying. The composition according to the present invention may include any primer pair of any sequence as long as it contains a sequence complementary to a gene of norovirus GII.3 and can amplify it, and preferably, the primer pair may be one that can specifically amplify the VP1 capsid region of the ORF2 gene of norovirus GII.3.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 프라이머쌍은 서열번호 2 내지 4로 이루어진 군에서 선택된 염기서열을 포함하는 정방향 프라이머 및 서열번호 5의 염기서열을 포함하는 역방향 프라이머를 포함할 수 있고, 바람직하게는 서열번호 3의 염기서열을 포함하는 정방향 프라이머 및 서열번호 5의 염기서열을 포함하는 역방향 프라이머를 포함할 수 있고, 가장 바람직하게는 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 정방향 프라이머 및 서열번호 5의 염기서열로 이루어진 역방향 프라이머를 포함할 수 있다. 상기 서열번호 2 내지 4로 이루어진 군에서 선택된 정방향 프라이머 및 서열번호 5의 역방향 프라이머는 노로바이러스 GII.3의 ORF2 유전자의 VP1 capsid region을 특이적으로 증폭하며, 상기 증폭산물의 분석을 통해 노로바이러스 GII.3가 검출될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the primer pair may include a forward primer comprising a base sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 2 to 4 and a reverse primer comprising a base sequence of SEQ ID NO: 5, preferably may include a forward primer comprising a base sequence of SEQ ID NO: 3 and a reverse primer comprising a base sequence of SEQ ID NO: 5, and most preferably may include a forward primer comprising a base sequence of SEQ ID NO: 3 and a reverse primer comprising a base sequence of SEQ ID NO: 5. The forward primer selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 2 to 4 and the reverse primer of SEQ ID NO: 5 specifically amplify the VP1 capsid region of the ORF2 gene of norovirus GII.3, and norovirus GII.3 can be detected by analysis of the amplification product.

상기 증폭은 당업계에서 증폭 대상(유전자 등)을 증폭하기 위하여 이용되는 어떠한 방법에 의해서도 수행될 수 있고, 예를 들어, 재조합-중합효소 증폭법(Recombinase polymerase amplification; RPA)에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The above amplification can be performed by any method used in the art to amplify an amplification target (gene, etc.), and for example, can be performed by recombinase polymerase amplification (RPA), but is not limited thereto.

상기 증폭산물은 예를 들어, 앰플리콘(amplicon)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The above amplification product may be, for example, an amplicon, but is not limited thereto.

본 명세서에서 용어 "재조합효소-중합효소 증폭법(Recombinase Polymerase Amplification; RPA)"은 DNA 및 RNA 증폭을 확인할 수 있는 기술을 의미하며, 기존 PCR 과는 다르게 DNA 결합 단백질과 재조합효소(recombinase)를 이용하여 빠르고 정확하게 타겟 서열(target sequence)을 증폭시킬 수 있는 기술이다. RPA는 기존의 PCR 방법과 유사하나, 일정한 온도에서 온도변화 없이 특정 유전자의 증폭이 가능하기 때문에 반응 시간을 단축할 수 있고, 특수한 장비가 필요치 않아서 검사 단가가 저렴하고, 운반성이 뛰어나 현장검사가 가능할 수 있다는 장점을 가진다. 재조합효소-중합효소 증폭법(Recombinase Polymerase Amplification; RPA)은 박테리오파지 T4 재조합효소를 이용하여 DNA 이중가닥의 해리를 일으키고 동시에 DNA 중합효소와 특정 primer들을 사용하여 특정DNA를 증폭해내는 방법이다. 이는 PCR의 경우와 같이 표적 기질(target template)과 한 쌍의 프라이머(oligonucleotide)를 사용하여 특정 염기서열의 DNA를 증폭시킬 수 있으나, PCR의 경우와 달리 일정 온도(37℃ - 42℃)의 범위에서 등온조건으로 증폭반응을 일으킬 수 있는 장점이 있다. 현재 RPA는 매우 빠르게 증폭산물을 만들 수 있도록 발전되었으며, 이는 등온조건의 장점과 함께 널리 인식되어 특이유전자 증폭을 통한 특정병원체의 검출법에 다양하게 RPA가 응용되고 있다.In this specification, the term "Recombinase Polymerase Amplification (RPA)" refers to a technology that can confirm DNA and RNA amplification, and unlike the existing PCR, it is a technology that can quickly and accurately amplify a target sequence by using a DNA binding protein and recombinase. RPA is similar to the existing PCR method, but since amplification of a specific gene is possible at a constant temperature without temperature change, the reaction time can be shortened, no special equipment is required, so the test cost is low, and it has excellent transportability so that on-site testing is possible, and it has the advantage of. Recombinase Polymerase Amplification (RPA) is a method that causes dissociation of DNA double strands using bacteriophage T4 recombinase and at the same time amplifies specific DNA using DNA polymerase and specific primers. This can amplify DNA of a specific base sequence using a target template and a pair of primers (oligonucleotides) like in the case of PCR, but unlike in the case of PCR, it has the advantage of being able to cause an amplification reaction under isothermal conditions in a certain temperature range (37℃ - 42℃). Currently, RPA has been developed to be able to produce an amplification product very quickly, and this is widely recognized along with the advantage of isothermal conditions, and RPA is being applied in various ways to detect specific pathogens through specific gene amplification.

RPA 증폭산물의 길이는 500 nt(nucleotides)를 넘지 않는 것을 권장하고 있으며 일반적으로 100~250 nt. 사이의 증폭산물의 길이를 가진다. RPA의 프라이머 길이는 PCR과는 다르게 최소 30 nucleotides의 길이를 권장하면 일반적으로 32~35 nt. 길이를 주로 사용한다. 또한 PCR처럼 서열 상 GC의 비율(GC%)과 Tm(melting temperature)값에 민감하지 않음으로 RPA의 primer는 GC%(20~70%), Tm(50~100℃)에 수렴하면 된다(Analyst, 2019, 144, 31).It is recommended that the length of the RPA amplification product does not exceed 500 nt (nucleotides), and the amplification product length is generally between 100 and 250 nt. Unlike PCR, the primer length for RPA is recommended to be at least 30 nucleotides, and generally 32 to 35 nt is mainly used. In addition, since it is not sensitive to the ratio of GC (GC%) and Tm (melting temperature) value in the sequence like PCR, the RPA primer should converge to GC% (20 to 70%) and Tm (50 to 100℃) (Analyst, 2019, 144, 31).

본 발명에서 상기 엔도뉴클레아제는 CRISPR 연관 단백질일 수 있다. 본 발명에서 사용된 용어, CRISPR 연관 단백질은 DNA 또는 RNA와 같은 핵산이 이중 가닥 혹은 단일 가닥을 가질 경우(dsDNA/RNA 및 ssDNA/RNA) 이를 인식하여 절단할 수 있는 효소이다. 구체적으로, 이들은 crRNA 또는 gRNA와 결합된 이중가닥 혹은 단일가닥 핵산을 인식하여 이를 절단할 수 있다.In the present invention, the endonuclease may be a CRISPR-associated protein. The term CRISPR-associated protein used in the present invention refers to an enzyme that can recognize and cleave a nucleic acid such as DNA or RNA when it has a double strand or single strand (dsDNA/RNA and ssDNA/RNA). Specifically, they can recognize and cleave a double-stranded or single-stranded nucleic acid bound to crRNA or gRNA.

본 발명에서 상기 엔도뉴클레아제의 일 구체예는, gRNA가 표적 부위와 결합된 것을 인식하여 엔도뉴클레아제 기능이 활성화되는 것일 수 있다. 또한, 엔도뉴클레아제 기능이 활성화됨에 따라, 이중가닥 및/또는 단일가닥 DNA 및/또는 RNA를 비특이적 절단할 수 있는 엑소뉴클레아제 활성을 가지는 것일 수 있다. 또한, Cas12, Cas13 또는 Cas14와 같은 크리스퍼 연관 단백질은 일단 활성화되면, 비특이적 엑소뉴클레아제 활성이 나타날 수 있다. 가이드 RNA가 결합된 표적 핵산을 절단하는 활성(cis-cleavage)이 나타나거나 또는 외부의 임의의 핵산, 구체적으로는 리포터 핵산(DNA 및/또는 RNA)을 비특이적으로 절단(trans-cleavage)할 수 있다.In the present invention, one specific example of the endonuclease may be one that recognizes that gRNA has bound to a target site and thus has an endonuclease function activated. In addition, as the endonuclease function is activated, it may have an exonuclease activity capable of non-specifically cleaving double-stranded and/or single-stranded DNA and/or RNA. In addition, once a CRISPR-associated protein such as Cas12, Cas13 or Cas14 is activated, non-specific exonuclease activity may be exhibited. It may exhibit an activity of cleaving a target nucleic acid to which a guide RNA is bound (cis-cleavage) or may non-specifically cleave any external nucleic acid, specifically, a reporter nucleic acid (DNA and/or RNA) (trans-cleavage).

따라서, 본 발명의 일 구체예의 조성물은 노로바이러스 GII.3의 특정 표적 부위에 crRNA 또는 gRNA가 결합되고, 이에 의해 활성화되는 비특이적 뉴클레아제에 의해 리포터(Reporter)가 절단됨으로써 리포터에 결합된 형광물질의 발광에 의해 노로바이러스 GII.3가 검출될 수 있다. Therefore, in a composition of one embodiment of the present invention, crRNA or gRNA is bound to a specific target site of norovirus GII. 3, and a reporter is cleaved by a non-specific nuclease activated thereby, so that norovirus GII. 3 can be detected by emission of a fluorescent substance bound to the reporter.

구체적으로, 상기 CRISPR 연관 단백질의 일 구체예는 Cas12, Cas13 또는 Cas14일 수 있고, 구체적으로는 Cas12a, Cas12b, Cas12c, Cas12d, Cas12e, Cas12g, Cas12h, Cas12i, Cas13a, Cas13b, Cas13c, Cas13d 및 Cas14로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. Specifically, one specific example of the CRISPR-associated protein may be Cas12, Cas13 or Cas14, and specifically any one selected from the group consisting of Cas12a, Cas12b, Cas12c, Cas12d, Cas12e, Cas12g, Cas12h, Cas12i, Cas13a, Cas13b, Cas13c, Cas13d and Cas14.

상기 Cas12 및 Cas14는 표적 핵산과 상보적으로 결합한 가이드 RNA와 결합한 후 표적 핵산 내 PAM 서열의 존재 또는 부재하에 엔도뉴클레아제 활성 및 비특이적 엑소뉴클레아제 활성이 나타나 임의의 서열의 ssDNA 또는 표적 핵산의 dsDNA를 절단할 수 있다.The above Cas12 and Cas14 can cleave ssDNA of any sequence or dsDNA of the target nucleic acid by exhibiting endonuclease activity and non-specific exonuclease activity in the presence or absence of a PAM sequence in the target nucleic acid after binding to a guide RNA complementary to the target nucleic acid.

상기 Cas13은 표적 핵산과 상보적으로 결합한 가이드 RNA와 결합한 후 임의의 서열의 ssRNA 또는 표적 핵산의 ssRNA를 절단할 수 있다. The above Cas13 can cleave ssRNA of any sequence or ssRNA of the target nucleic acid after binding to a guide RNA complementary to the target nucleic acid.

본 발명에 따른 상기 가이드 RNA가 상보적으로 결합하는 노로바이러스 GII.3의 유전자 내 영역에는 TTTA PAM 서열이 존재하므로, 엔도뉴클레아제 또는 엑소뉴클레아제 활성이 발휘되기 위하여 (T)TTV, TTN, TN의 PAM 서열을 필요로 하거나, 또는 PAM 서열을 필요로 하지 않는 CRISPR 연관 단백질과 조합하여 본 발명에 적용될 수 있다. Since the TTTA PAM sequence exists in the gene region of norovirus GII.3 to which the guide RNA according to the present invention complementarily binds, the present invention can be applied in combination with a CRISPR-associated protein that requires a PAM sequence of (T)TTV, TTN, or TN to exhibit endonuclease or exonuclease activity, or does not require a PAM sequence.

본 발명에서 상기 리포터 유전자는 CRISPR 연관 단백질의 엑소뉴클레아제 활성에 의해 절단되는 임의 서열의 DNA 또는 RNA를 의미하는 것으로, 상기 리포터 유전자는 검출가능한 표지로 표지되어 있는 것이 바람직하다. 상기 검출가능한 표지는 리포터 유전자의 말단 또는 내부에 결합될 수 있다. 상기 검출가능한 표지는 화학적 표지, 효소 표지, 방사능 표지, 형광 표지, 발광 표지, 화학발광 표지, FRET(fluorescence resonance energy transfer) 표지, 금속 표지, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 형광 표지는 FAM, TET, JOE, YAKYE, HEX, CY3, ATTO550, TAM, ROX, TxRed, CY35, LC610, LC640, ATTO647N, CY5, VIC, evergreen dye 및 ATTO680 로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the reporter gene refers to any sequence of DNA or RNA that is cleaved by the exonuclease activity of a CRISPR-associated protein, and it is preferable that the reporter gene is labeled with a detectable label. The detectable label can be bound to the end or the inside of the reporter gene. The detectable label can be a chemical label, an enzymatic label, a radioactive label, a fluorescent label, a luminescent label, a chemiluminescent label, a FRET (fluorescence resonance energy transfer) label, a metal label, or a combination thereof. The fluorescent label can be selected from the group consisting of FAM, TET, JOE, YAKYE, HEX, CY3, ATTO550, TAM, ROX, TxRed, CY35, LC610, LC640, ATTO647N, CY5, VIC, evergreen dye, and ATTO680, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서 상기 조성물은 등온 증폭 반응 및 이와 연속되는 크리스퍼 유전자 가위 반응에 의해 노로바이러스 GII.3을 검출하는 방법에 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다. In one aspect of the present invention, the composition may be characterized in that it is used in a method for detecting norovirus GII.3 by an isothermal amplification reaction and a subsequent CRISPR gene scissors reaction.

구체적으로, 노로바이러스 GII.3 유전자를 증폭할 수 있는 프라이머쌍, 바람직하게는 노로바이러스 GII.3의 ORF2 유전자의 VP1 capsid region을 특이적으로 증폭할 수 있는 프라이머쌍을 통해 증폭된 증폭산물 내에 표적 부위가 존재한다면 가이드 RNA가 표적부위와 상보적으로 결합하고 엔도뉴클레아제, 바람직하게는 CRISPR 연관 단백질이 활성화되어 리포터 유전자의 서열을 자른다. 그 결과 리포터 유전자에 결합된 표지물질에 의해 노로바이러스 GII.3를 검출할 수 있다. Specifically, if a target region exists in an amplified product amplified by a primer pair capable of amplifying the norovirus GII.3 gene, preferably a primer pair capable of specifically amplifying the VP1 capsid region of the ORF2 gene of norovirus GII.3, the guide RNA complementarily binds to the target region and an endonuclease, preferably a CRISPR-associated protein, is activated to cut the sequence of the reporter gene. As a result, norovirus GII.3 can be detected by a label bound to the reporter gene.

본 발명은 또한 상기 조성물을 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출용 키트를 제공한다. The present invention also provides a kit for detecting norovirus GII.3 comprising the composition.

상기 키트는 노로바이러스 GII.3 검출을 수행하기 위해 필요한 필수 요소를 포함하는 키트일 수 있고, 상기 조성물 외에도 테스트 튜브 또는 다른 적절한 컨테이너, 반응 완충액(pH 및 마그네슘 농도는 다양), 데옥시뉴클레오타이드(dNTPs), Taq-폴리머라아제와 같은 효소, DNase, RNAse 억제제, DEPC-수(DEPCwater) 및 멸균수 등을 포함할 수 있다.The above kit may be a kit containing the essential elements necessary for performing detection of norovirus GII.3, and may include, in addition to the composition, a test tube or other appropriate container, a reaction buffer (having various pH and magnesium concentrations), deoxynucleotides (dNTPs), an enzyme such as Taq polymerase, DNase, RNAse inhibitor, DEPC water, and sterile water.

본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는 하기 단계를 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출방법을 제공한다:The present invention also provides a method for detecting norovirus GII.3, comprising the following steps:

(a) 검체로부터 수득한 핵산을 증폭시키는 단계(a) A step of amplifying nucleic acid obtained from a sample.

(b) 상기 증폭 산물에 청구항 제1항에 따른 가이드 RNA, 엔도뉴클레아제 및 리포터 유전자를 첨가하여 반응시키는 단계; 및(b) a step of adding a guide RNA, an endonuclease and a reporter gene according to claim 1 to the amplification product and reacting them; and

(c) 상기 리포터 유전자의 신호를 검출하는 단계. (c) a step of detecting a signal of the reporter gene.

본 발명에서 상기 “검체”는 시험, 검사, 분석 등에 쓰는 물질이나 생물을 말하는 것으로서 그 종류가 특별히 제한되지 않으나, 노로바이러스 GII.3의 존재 유무가 의심되는 식품 또는 생물학적 시료일 수 있다. In the present invention, the “specimen” refers to a material or organism used for testing, inspection, analysis, etc., and its type is not particularly limited, but may be a food or biological sample suspected of having norovirus GII.3.

본 발명에서 상기 생물학적 시료는 조직, 세포, 전혈, 혈청, 혈장, 뇌척수액, 초유, 관절액, 타액, 분변, 세포 배양 상등액 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the biological sample may include, but is not limited to, tissue, cells, whole blood, serum, plasma, cerebrospinal fluid, colostrum, synovial fluid, saliva, feces, cell culture supernatant, and the like.

검체로부터 핵산을 수득하는 것은 통상의 알려진 핵산 수득 방법을 이용할 수 있다. 출발물질이 gDNA인 경우 gDNA의 분리는 당업계에 공지된 통상의 방법에 따라 실시될 수 있으며, 출발물질이 mRNA인 경우에는 역전사효소를 이용하여 cDNA로 합성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 RNA 분리는 통상적으로 시료에서 RNA를 분리하는 방법이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 퀴아젠(Qiagen)사의 RNeasy mini kit 등의 상업적으로 판매되는 RNA 분리 키트 등을 이용할 수 있다.Nucleic acid can be obtained from a sample using a conventionally known nucleic acid obtaining method. If the starting material is gDNA, the isolation of gDNA can be performed according to a conventional method known in the art, and if the starting material is mRNA, it can be synthesized into cDNA using reverse transcriptase. For example, the RNA isolation is not particularly limited as long as it is a method for isolating RNA from a sample. For example, a commercially available RNA isolation kit such as Qiagen's RNeasy mini kit can be used.

본 발명에서 상기 “증폭”은 PCR, RT(reverse transcription)-PCR, 등온증폭법(RPA) 및 RT(reverse transcription)-RPA로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있으며, 바람직하게는 RPA 또는 RT-RPA일 수 있고, 가장 바람직하게는 RT-RPA일 수 있다. In the present invention, the “amplification” may be one selected from the group consisting of PCR, RT (reverse transcription)-PCR, isothermal amplification (RPA) and RT (reverse transcription)-RPA, preferably RPA or RT-RPA, and most preferably RT-RPA.

상기 “등온증폭법(Isothermal amplification)”은 일정한 반응온도 조건하에서 목적으로 삼는 핵산배열(주형)을 증폭시키는 방법을 말하는 것으로서, 재조합효소 중합효소 증폭(recombinase polymerase amplification, RPA), 루프 매개 증폭(loop-mediated isothermal amplification, LAMP), 헬리카제-종속 증폭(helicasedependent amplification, HDA), 회전환 증폭(rolling circle amplification, RCA), 다중치환증폭(multiple displacement amplification, MDA), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification, SDA), 핵산 서열-기재 증폭(nucleic acid sequence-based amplification, NASBA) 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 재조합효소 중합효소 증폭(recombinase polymerase amplification, RPA)일 수 있다. The above “isothermal amplification” refers to a method of amplifying a target nucleic acid sequence (template) under a constant reaction temperature condition, and may be any one of recombinase polymerase amplification (RPA), loop-mediated isothermal amplification (LAMP), helicase-dependent amplification (HDA), rolling circle amplification (RCA), multiple displacement amplification (MDA), strand displacement amplification (SDA), and nucleic acid sequence-based amplification (NASBA), and preferably recombinase polymerase amplification (RPA).

상기 증폭산물의 검출은 모세관 전기영동, DNA 칩, 겔 전기영동, 방사성 측정, 형광 측정 또는 인광 측정을 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Detection of the above amplification product can be performed via, but is not limited to, capillary electrophoresis, DNA chip, gel electrophoresis, radiometric measurement, fluorescence measurement or phosphorescence measurement.

증폭 산물을 검출하는 방법 중의 하나로서, 예를 들어, 모세관 전기영동을 수행할 수 있다. 모세관 전기영동은 예를 들면, ABi Sequencer를 이용할 수 있다. 또한, 겔 전기영동을 수행할 수 있으며, 겔 전기영동은 증폭 산물의 크기에 따라 아가로스 겔 전기영동 또는 아크릴아미드 겔 전기영동을 이용할 수 있다. 또한, 형광 측정 방법은 프라이머의 5'-말단에 Cy-5 또는 Cy-3를 표지하여 PCR을 수행하면 표적 서열이 검출가능한 형광 표지 물질로 표지되며, 이렇게 표지된 형광은 형광 측정기를 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 방사성 측정 방법은 PCR 수행시 32P 또는 35S 등과 같은 방사성 동위원소를 PCR 반응액에 첨가하여 증폭 산물을 표지한 후, 방사성측정기구, 예를 들면, 가이거 계수기(Geiger counter) 또는 액체섬광계수기(liquid scintillation counter)를 이용하여 방사성을 측정할 수 있다. 또한, RPA 증폭산물을 수득하여 아가로오스 겔 전기영동(agarose gel electrophoresis) 등의 방법으로 분리할 수 있으며, 사용된 프라이머 세트에 의해 중합된 DNA에 해당하는 길이, 구체적으로는 211 bp의 길이를 갖는 DNA의 존재를 확인하여 노로바이러스 GII.3을 검출할 수 있다. As one of the methods for detecting the amplification product, for example, capillary electrophoresis can be performed. Capillary electrophoresis can be performed, for example, using ABi Sequencer. In addition, gel electrophoresis can be performed, and gel electrophoresis can use agarose gel electrophoresis or acrylamide gel electrophoresis depending on the size of the amplification product. In addition, a fluorescence measurement method is performed by labeling the 5'-end of a primer with Cy-5 or Cy-3, and when PCR is performed, the target sequence is labeled with a detectable fluorescent labeling substance, and the fluorescence thus labeled can be measured using a fluorescence meter. In addition, a radioactivity measurement method is performed by adding a radioactive isotope such as 32P or 35S to the PCR reaction solution during PCR to label the amplification product, and then measuring the radioactivity using a radioactivity measuring device such as a Geiger counter or a liquid scintillation counter. In addition, RPA amplification products can be obtained and separated by methods such as agarose gel electrophoresis, and the presence of DNA having a length corresponding to DNA polymerized by the primer set used, specifically, a length of 211 bp, can be confirmed to detect norovirus GII.3.

본 발명의 일 양태에서, 상기 엔도뉴클레아제가 Cas13인 경우 상기 (a) 단계의 증폭 산물을 전사하는 단계가 추가로 수행될 수 있다. In one aspect of the present invention, when the endonuclease is Cas13, a step of transcribing the amplification product of step (a) may be additionally performed.

본 발명의 방법을 이용하여 노로바이러스 GII.3을 검출할 수 있는 구체예를 설명하면 다음과 같다:Specific examples of detecting norovirus GII.3 using the method of the present invention are as follows:

(1) 검체 내에 존재하는 노로바이러스 GII.3의 유전자를 프라이머쌍을 이용하여 증폭한다. 상기 유전자가 DNA인 경우 PCR, RPA 등에 의해 유전자를 증폭하며, 상기 유전자가 RNA인 경우 RT(reverse transcription)-PCR, RT-RPA 등에 의해 유전자를 증폭한다. (1) The gene of norovirus GII.3 present in the specimen is amplified using a primer pair. If the gene is DNA, the gene is amplified by PCR, RPA, etc., and if the gene is RNA, the gene is amplified by RT (reverse transcription)-PCR, RT-RPA, etc.

(2) Cas13의 경우 상기 증폭 산물을 전사하여(예를 들어, T7 transcription) 과정을 추가로 수행하여 RNA로 전환하는 과정을 수행하며, Cas12 및 Cas14는 상기 (1)의 증폭 산물을 그대로 이용한다. (2) In the case of Cas13, the amplification product is further transcribed (e.g., T7 transcription) and converted into RNA, while Cas12 and Cas14 use the amplification product of (1) as is.

(3) 상기 (1)의 증폭 산물에 가이드 RNA, Cas12 또는 Cas14, 및 리포터 DNA를 혼합하거나, 상기 (2)의 증폭 산물 전사체에 가이드 RNA, Cas13 및 리포터 RNA를 혼합하여 반응시킨다. (3) The amplification product of (1) is mixed with guide RNA, Cas12 or Cas14, and reporter DNA, or the amplification product transcript of (2) is mixed with guide RNA, Cas13, and reporter RNA and reacted.

(4) 상기 리포터가 절단되어 발생되는 신호를 검출한다.(4) Detects a signal generated when the above reporter is cut.

본 발명은 또한 식중독 진단용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for diagnosing food poisoning.

본 명세서에서 사용하는 용어 “진단”은 한 객체가 특정 질병 또는 질환을 현재 가지고 있는 지 여부를 판정하는 것, 또는 특정 질병 또는 질환에 걸린 한 객체의 예후(prognosis)를 판정하는 것을 포함한다.The term “diagnosis” as used herein includes determining whether a subject currently has a particular disease or condition, or determining the prognosis of a subject having a particular disease or condition.

본 발명이 제공하는 가이드 RNA를 포함하는 조성물은 노로바이러스 GII.3을 특이적으로 검출할 수 있으므로, 이를 이용하면 진단하고자 하는 생물학적 시료(예컨대, 분변, 혈액 등) 내 노로바이러스 GII.3을 신속하고 정확하게 검출할 수 있어, 노로바이러스 GII.3 감염에 의해 유발되는 질환들, 구체적으로는 식중독을 매우 빠르고 정확하게 진단할 수 있다.Since the composition including the guide RNA provided by the present invention can specifically detect norovirus GII.3, by using the composition, norovirus GII.3 in a biological sample to be diagnosed (e.g., feces, blood, etc.) can be detected quickly and accurately, and diseases caused by norovirus GII.3 infection, specifically, food poisoning, can be diagnosed very quickly and accurately.

본 발명이 제공하는 가이드 RNA를 이용하면 검체 내 노로바이러스 GII.3을 매우 높은 민감도와 특이도로 신속하게 검출할 수 있다. Using the guide RNA provided by the present invention, norovirus GII.3 in a sample can be rapidly detected with very high sensitivity and specificity.

도 1 노로바이러스 GII.3 검출을 위한 gRNA가 표적으로 하는 유전자 내 위치와 서열 및 PAM 서열을 나타낸 도면이다.
도 2는 노로바이러스 GII.3의 유전자를 높은 민감도로 증폭할 수 있는 프라이머쌍 조합을 구성하는 과정 및 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 프라이머쌍을 이용하여 노로바이러스 GII.3의 유전자를 증폭하고, 증폭산물을 gRNA, CRISPR-Cas12a(Cpf1) 및 리포터 유전자를 이용하여 노로바이러스 GII.3를 검출하기 위한 실험 조건을 나타낸 것이다.
도 4는 프라이머쌍을 이용하여 노로바이러스 GII.3의 유전자를 증폭하고, 증폭산물을 gRNA, CRISPR-Cas12a(Cpf1) 및 리포터 유전자를 이용하여 노로바이러스 GII.3를 검출하여 검출 민감도를 확인한 결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 gRNA를 이용하여 다양한 바이러스를 검출하여 검출 특이도를 확인한 결과를 나타낸 것이다(MBC111-R: 노로바이러스 GII.3, NCCP76067: 노로바이러스 GII.4).
Figure 1 is a diagram showing the location and sequence of the gene targeted by gRNA for detection of norovirus GII.3, and the PAM sequence.
Figure 2 is a diagram showing the process and results of constructing a primer pair combination capable of amplifying the gene of norovirus GII.3 with high sensitivity.
Figure 3 shows the experimental conditions for amplifying the gene of norovirus GII.3 using a primer pair and detecting norovirus GII.3 using the amplified product using gRNA, CRISPR-Cas12a (Cpf1), and a reporter gene.
Figure 4 shows the results of confirming the detection sensitivity by amplifying the gene of norovirus GII.3 using a primer pair and detecting norovirus GII.3 using the amplified product, gRNA, CRISPR-Cas12a (Cpf1), and a reporter gene.
Figure 5 shows the results of confirming the detection specificity by detecting various viruses using gRNA according to the present invention (MBC111-R: norovirus GII.3, NCCP76067: norovirus GII.4).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help understand the present invention. However, the following examples are provided only to help understand the present invention more easily, and the content of the present invention is not limited thereby.

실시예 1: 노로바이러스 GII.3 검출을 위한 gRNA 선발Example 1: Selection of gRNA for detection of norovirus GII.3

CRISPR 유전자 가위기술을 이용한 진단 분야 연구의 핵심은, 적용 Cas 단백질과 gRNA로서, 본 연구에서는 dsDNA에 활성을 갖는 cpf1(Cas12a)을 선정했고, 해당 protein은 목적 target 내 T-rich PAM(TTTV)을 요구하는 것으로 알려져 있다. The core of diagnostic research using CRISPR gene scissors technology is the applied Cas protein and gRNA. In this study, cpf1 (Cas12a), which is active on dsDNA, was selected, and the protein is known to require T-rich PAM (TTTV) in the target.

Norovirus GII ORF2 유전자의 VP1 capsid region 을 대상으로 GII.3 genotype의 각 ref. genome(GII.3 : MK764020)과 각 표준병원체 염기서열의 align을 통해 GII.3에 특이적인 gRNA를 선정하였다(도 1).The gRNA specific to GII.3 was selected by aligning the VP1 capsid region of the Norovirus GII ORF2 gene with each ref. genome (GII.3: MK764020) of the GII.3 genotype and each standard pathogen base sequence (Fig. 1).

실시예 2: RPA 프라이머 디자인Example 2: RPA primer design

선정된 gRNA 대상, 최적의 RPA primer design 을 위해 forward 3, reverse 1 region, 3개 조합을 선정해 Norovirus GII.3(MBC111-R) 대상 RPA primer validation을 실행하였고 반응이 가장 우수한 조합의 프라이머쌍을 이하 실험에 사용하였다(도 2).For the selected gRNA target and optimal RPA primer design, three combinations of forward 3 and reverse 1 regions were selected and RPA primer validation targeting Norovirus GII.3 (MBC111-R) was performed, and the primer pair with the best reaction combination was used in the following experiments (Fig. 2).

실시예 3: gRNA, 프라이머쌍 및 CRISPR-Cas12a를 이용한 노로바이러스 GII.3의 검출 실험Example 3: Detection experiment of norovirus GII.3 using gRNA, primer pair, and CRISPR-Cas12a

최종 선발된 프라이머쌍을 이용하여 노로바이러스 GII.3 유전자의 증폭을 수행한 후, gRNA 및 CRISPR-Cas12a 적용 반응을 진행했고 세부 반응조건을 도 3 나타내었다. 해당 protocol을 적용하여 분주된 혼합물은 37도씨 등온 형광 검출기를 통해 1분 단위로 측정하였고 이에 대한 결과를 도 4에 나타내었다. After amplification of the norovirus GII.3 gene using the final selected primer pair, the gRNA and CRISPR-Cas12a application reactions were performed, and the detailed reaction conditions are shown in Fig. 3. The mixture dispensed by applying the protocol was measured every minute using an isothermal fluorescence detector at 37°C, and the results are shown in Fig. 4.

도 4 나타낸 바와 같이, 1 copy 수준의 매우 높은 검출 민감도를 나타내는 것으로 확인되었다. As shown in Figure 4, it was confirmed to exhibit very high detection sensitivity at the 1 copy level.

실시예 4: 검출 특이도 평가Example 4: Evaluation of detection specificity

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 다양한 식품 관련 바이러스에 대한 검출 실험을 진행해보았다. 그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 노로바이러스 외 다른 바이러스는 검출이 되지 않았으며, 더 나아가 노로바이러스 GII.4 또한 검출이 되지 않아 매우 높은 특이도를 나타내는 것으로 확인되었다. Detection experiments for various food-related viruses were conducted using the same method as in Example 3 above. As a result, as shown in Fig. 5, no viruses other than norovirus were detected, and furthermore, norovirus GII.4 was not detected either, confirming that it exhibited very high specificity.

본 발명이 제공하는 RNA를 이용하면 검체 내 노로바이러스 GII.3을 매우 높은 민감도와 특이도로 신속하게 검출할 수 있어 산업상 이용가능성이 매우 높다.The RNA provided by the present invention can rapidly detect norovirus GII.3 in a sample with very high sensitivity and specificity, and thus has very high potential for industrial use.

서열목록 전자파일 첨부Attach electronic file of sequence list

Claims (11)

서열번호 1의 염기서열을 포함하는 노로바이러스 GII.3 특이적 가이드 RNA;
서열번호 2 또는 3의 염기서열을 포함하는 정방향 프라이머;
서열번호 5의 염기서열을 포함하는 역방향 프라이머;
및 CRISPR 연관 단백질을 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출용 조성물.
Norovirus GII.3 specific guide RNA comprising the nucleotide sequence of sequence number 1;
A forward primer comprising the base sequence of sequence number 2 or 3;
A reverse primer comprising the base sequence of sequence number 5;
A composition for detecting norovirus GII.3 comprising a CRISPR-associated protein.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 CRISPR 연관 단백질은 Cas12, Cas13 및 Cas14로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
A composition according to claim 1, wherein the CRISPR-associated protein is selected from the group consisting of Cas12, Cas13, and Cas14.
제1항에 있어서, 상기 조성물은 리포터 유전자 (Reporter gene)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
A composition according to claim 1, characterized in that the composition further comprises a reporter gene.
제6항에 있어서, 상기 리포터 유전자는 검출가능한 표지로 표지되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
A composition according to claim 6, characterized in that the reporter gene is labeled with a detectable label.
제1항의 조성물을 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출용 키트.
A kit for detecting norovirus GII.3 comprising the composition of claim 1.
하기 단계를 포함하는 노로바이러스 GII.3 검출방법:
(a) 검체로부터 수득한 핵산을 증폭시키는 단계
(b) 상기 증폭 산물에 청구항 제1항에 따른 조성물 및 리포터 유전자를 첨가하여 반응시키는 단계; 및
(c) 상기 리포터 유전자의 신호를 검출하는 단계.
A method for detecting norovirus GII.3 comprising the following steps:
(a) A step of amplifying nucleic acid obtained from a sample.
(b) a step of adding a composition according to claim 1 and a reporter gene to the amplification product and reacting them; and
(c) a step of detecting a signal of the reporter gene.
제9항에 있어서, 상기 검체는 식품 또는 생물학적 시료인 것을 특징으로 하는 검출방법.
A detection method according to claim 9, characterized in that the sample is a food or biological sample.
제1항의 조성물을 포함하는 식중독 진단용 조성물. A composition for diagnosing food poisoning comprising the composition of claim 1.
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Duan 등, Frontiers in Microbiology, Vol. 13, No. 912315, 페이지 1-8, (2022.08.24.)* *
GenBank Accession number: MK590654 (2020.04.14.)* *

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