Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR20110093024A - Dna aptamer specifically binding to anthrax toxins and uses thereof - Google Patents

Dna aptamer specifically binding to anthrax toxins and uses thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20110093024A
KR20110093024A KR1020100012799A KR20100012799A KR20110093024A KR 20110093024 A KR20110093024 A KR 20110093024A KR 1020100012799 A KR1020100012799 A KR 1020100012799A KR 20100012799 A KR20100012799 A KR 20100012799A KR 20110093024 A KR20110093024 A KR 20110093024A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
anthrax
dna
aptamer
protein
seq
Prior art date
Application number
KR1020100012799A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101152354B1 (en
Inventor
윤문영
박혜연
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020100012799A priority Critical patent/KR101152354B1/en
Publication of KR20110093024A publication Critical patent/KR20110093024A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101152354B1 publication Critical patent/KR101152354B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/115Aptamers, i.e. nucleic acids binding a target molecule specifically and with high affinity without hybridising therewith ; Nucleic acids binding to non-nucleic acids, e.g. aptamers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/7088Compounds having three or more nucleosides or nucleotides
    • A61K31/711Natural deoxyribonucleic acids, i.e. containing only 2'-deoxyriboses attached to adenine, guanine, cytosine or thymine and having 3'-5' phosphodiester links
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K48/00Medicinal preparations containing genetic material which is inserted into cells of the living body to treat genetic diseases; Gene therapy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6834Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
    • C12Q1/6837Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2310/00Structure or type of the nucleic acid
    • C12N2310/10Type of nucleic acid
    • C12N2310/16Aptamers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2525/00Reactions involving modified oligonucleotides, nucleic acids, or nucleotides
    • C12Q2525/10Modifications characterised by
    • C12Q2525/205Aptamer

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PURPOSE: A DNA aptamer which specifically binds to anthrax lethal toxin is provided to ensure immune response without side effects. CONSTITUTION: A DNA aptamer(ssDNA aptamer) specifically binds to anthrax lethal toxin prtein selected from a group consisting of nucleic acid having a base sequence of sequences 1-4. A DNA microarray for diagnosing anthrax contains at least one DNA aptmer selected from the group consisting of nucleic acid having a base of sequence numbers 1-4.

Description

탄저 독소 단백질에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머와 이의 용도{DNA APTAMER SPECIFICALLY BINDING TO ANTHRAX TOXINS AND USES THEREOF} DNA Aptamer specifically binding to anthrax toxin protein and its use {DNA APTAMER SPECIFICALLY BINDING TO ANTHRAX TOXINS AND USES THEREOF}

본 발명은 탄저 독소 단백질에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머, 이를 이용한 탄저병 치료제 및 바이오센서에 대한 것이다.The present invention relates to a DNA aptamer specifically binding to anthrax toxin protein, anthrax treatment agent and biosensor using the same.

앱타머(aptamer)란, 인공적으로 합성할 수 있는 특정 분자 인식 물질인 올리고머(oligomer)를 말한다. 앱타머는 단일 염기서열인 DNA나 RNA로 이루어져 있으며, 염기 서열이 만들 수 있는 특이적이 3차원적 구조에 의해 다양한 표적 물질에 대한 특별한 친화력과 특이성을 가진다.An aptamer refers to an oligomer, which is a specific molecular recognition material that can be artificially synthesized. Aptamers consist of a single nucleotide sequence, DNA or RNA, and have a specific affinity and specificity for a variety of target substances due to the specific three-dimensional structure that the nucleotide sequence can produce.

다양성이 매우 높은 DNA 라이브러리(>1015개 이상의 다양한 서열을 가진 DNA가 섞여 있음)로부터 가장 적합한 DNA 분자를 찾는 기술을 적용하여, 표적 물질에 특이적인 DNA를 얻을 수 있다. 일반적으로 DNA 라이브러리는 30개 이상의 랜덤 서열과 양 끝의 정해진 서열(defined sequence)을 갖는 DNA 분자들이 혼합된 상태이다. 이러한 방법을 ‘SELEX(Systemic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment)’라고 한다. SELEX 기술은 무작위로 합성된 올리고뉴클레오타이드 복합체로부터 표적 물질과 친화력을 가지는 소수의 개체를 인비트로(in vitro) 상에서 선별하는 과정이다. By applying the technique of finding the most suitable DNA molecule from a highly diverse DNA library (> 10 15 or more DNA having various sequences), DNA specific to the target material can be obtained. In general, a DNA library is a mixture of DNA molecules having more than 30 random sequences and defined sequences at both ends. This method is called SELEX (Systemic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment). SELEX technology randomized oligonucleotides synthesized with a small number of in-objects in a target material having the affinity complex from the nucleotide Trojan (in screening in vitro ).

앱타머 발굴 기술인 SELEX가 처음 소개된 이후, 지금까지 많은 연구자들에 의해 단백질, 펩타이드, 핵산, 비타민, 항생제, 금속이온, 세포 등의 다양한 표적물질에 대한 앱타머들이 개발되었다. 아울러 SELEX 기술도 발전하고 고속화되고 있다. Since the introduction of SELEX, an aptamer discovery technology, many researchers have developed aptamers for a variety of targets, including proteins, peptides, nucleic acids, vitamins, antibiotics, metal ions and cells. SELEX technology is also developing and accelerating.

SELEX 기술에 의해 발굴되는 앱타머는 항원-항체 반응과 같이 생체 물질 감지 소재로 활용될 수 있다. 앱타머가 표적 물질과 결합할 때 앱타머의 구조가 변할 수 있는데, 이러한 앱타머의 구조적 유연성은 여러 분야에 응용될 수 있다. 특히 바이오센서 개발시 센서의 민감도를 향상시키기 위한 방법으로 활용되고 있다. 또한 앱타머는 안정한 상태로 표적 물질을 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라 마이크로어레이 또는 마이크로칩으로도 이용될 수 있다. The aptamers discovered by SELEX technology can be used as biomaterial sensing materials such as antigen-antibody reactions. The aptamer's structure can change when the aptamer binds to the target material, and the structural flexibility of the aptamer can be applied to various fields. In particular, it is used as a method for improving the sensitivity of the sensor when developing the biosensor. Aptamers can also be used as microarrays or microchips, as well as to immobilize the target material in a stable state.

앞서 언급한 것처럼, 앱타머는 특정 단백질 표적에 높은 친화성과 특이성으로 결합하는 단일가닥의 핵산이다. 따라서 항체의 단점인 면역반응(immunogenesity)이 거의 없고, 짧은 기간 내에 쉽게 화학적으로 합성할 수 있는 장점이 있다. 또한 앱타머는 여러 가지 변형이 쉽게 이루어질 수 있다는 이유로 항체 시장을 대체할 차세대 의약물질로 주목되고 있다. As mentioned earlier, aptamers are single-stranded nucleic acids that bind with high affinity and specificity to specific protein targets. Therefore, there is little immune reaction (immunogenesity) that is a disadvantage of the antibody, there is an advantage that can be easily chemically synthesized within a short period. In addition, aptamers are attracting attention as the next-generation pharmaceuticals to replace the antibody market because various modifications can be easily made.

탄저는 그람 양성 간균인 탄저균(Bacillus anthracis)에 의하여 주로 가축에게 감염되나, 사람에게도 발병하는 인수 공통 감염성 질환이다. 이 탄저균은 오래 전부터 생물학 무기로 개발되어 왔다. 최근에는 실전에도 배치될 정도가 되어 1990년 걸프전 때와 1998년에 재외 주둔 미군에게 탄저 백신을 접종하기도 하였다. 이 사건을 통해 탄저균은 일반인에게도 주요 관심사로 대두되고 있다. Anthrax is a Gram-positive bacillus Bacillus anthracis ) is a common infectious disease caused mainly by livestock but also by humans. This anthrax has long been developed as a biological weapon. In recent years, they have been deployed in practice, and in 1990, they even received anthrax vaccine against US troops stationed overseas during the Gulf War in 1990 and 1998. In this case, anthrax is also a major concern for the general public.

탄저균 감염에 의해서 발생하는 탄저병은 매우 치사율이 높은 것으로 알려져 있다. 탄저병 치료 방법은 다른 세균 감염 질환과 마찬가지로 세 가지의 접근 방법이 있다. Anthrax caused by anthrax infections is known to have a very high mortality rate. Anthrax treatment, like other bacterial infections, has three approaches.

첫째는, 탄저균 감염을 사전에 봉쇄하는 예방 접종이다. 둘째는, 감염된 탄저균을 항생제로 무력화시키는 것이다. 마지막 방법은 감염된 탄저균이 분비하는 주요 병 독소를 해독시키는 것이다. The first is vaccination to block anthrax infections in advance. The second is to neutralize infected anthrax with antibiotics. The final method is to detoxify the major disease toxins produced by infected anthrax.

일단 탄저균에 감염되면 항생제와 해독제를 투여하여 병균과 병독소를 동시에 무력화시키는 것이 가장 이상적이다. 그러나 현재 일반적으로 항생제에 비해 해독제의 개발 정도가 미미하여 주로 항생제에 의존하는 형편이다. Once anthrax is infected, it is ideal to administer antibiotics and antidote to neutralize germs and toxins at the same time. Currently, however, the development of antidote compared to antibiotics is insignificant, and it is mainly dependent on antibiotics.

우리나라도 탄저병을 법정 전염병으로 분류하여 대응하고 있다. 실제 국내에서도 가축 및 폐사우의 식육을 섭취한 사람이 사망한 사례가 보고된 바 있다. 따라서 탄저에 대한 방제의 필요성이 대두되고 있다.Korea also responds by classifying anthrax as a legal epidemic. In fact, there have been reports of deaths of people who have eaten livestock and lung meat. Therefore, the need for control of anthrax has emerged.

탄저균을 죽이는 항생제는 이미 개발되어 있지만, 이 약물은 이미 생성된 탄저 독소에는 전혀 영향을 미치지 못하는 단점을 가지고 있다. 그리고 탄저병 백신의 경우에도 부작용 문제 때문에 광범위한 사용이 어려운 형편이다. 더욱이 높은 치사율을 보이는 탄저의 경우 발병 초기 단계에 발견하여 대중적 치료를 실시하는 것이 매우 중요하다. Antibiotics that kill anthrax have already been developed, but the drug has the drawback that it has no effect on the anthrax toxin already produced. And anthrax vaccines are also difficult to use because of side effects. Moreover, it is very important to detect and carry out mass treatment in the early stages of the development of anthrax with high mortality.

또한 국내 육류 소비량의 절반 이상의 육류가 생물학적 테러위험성(탄저)이 높은 미국을 거쳐서 수입된 것임을 감안할 때, 축산물 수입에 대한 철저한 검역시스템 도입이 절실하다. 그러나 질병 증상이 나타나지 않는 감염 초기 및 진행기의 가축 가공물의 경우, 질병 원인균의 농도가 매우 낮아서 질병을 진단하기가 매우 어렵고 많은 양의 가축 가공물을 검역하기도 어려운 문제점이 있다. In addition, considering that more than half of domestic meat consumption is imported through the United States, which has a high bioterrorism risk (anthrax), a thorough quarantine system for livestock imports is urgently needed. However, in the case of livestock products in the early and advanced stages of the disease symptoms do not appear, there is a problem that the concentration of the disease-causing bacteria is very low to diagnose the disease and difficult to quarantine a large amount of livestock products.

일반적으로 탄저균의 병원성은 독소 생성 능력과 협막 형성에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 이중 탄저의 독소 생성 능력에 영향을 주는 단백질은 방어항원(protective antigen, PA), 부종요소(edema factor, EF) 및 치사요소(lethal factor, LF)이다. 이들 각각은 독성을 나타내지 못하나, 방어항원(PA)과 부종요소 (EF)가 결합하여 부종독소(EdTx, edema toxin)를 형성하고, 방어항원 (PA)과 치사요소(LF)가 결합하여 치사독소(LeTx, ethal toxin)를 형성한다. In general, it is known that the pathogenicity of anthrax is determined by toxin production ability and capsular formation. Proteins that affect the toxin producing ability of anthrax are protective antigen (PA), edema factor (EF) and lethal factor (LF). Each of them is not toxic, but defense antigen (PA) and edema factor (EF) combine to form edema toxin (EdTx, edema toxin), and defense antigen (PA) and lethal factor (LF) bind to lethal toxin (LeTx, ethal toxin).

PA는 대식세포와 같은 감염 세포주 표면의 수용체 단백질(Anthrax toxin receptor: ATR)에 결합한 후 단백질 분해효소(furin family protease)에 의해 PA20과 PA63으로 잘리는데, 이중 PA63이 헵타머화되면서 LF 혹은 EF와 결합하여 이를 세포 내로 운반시키는 독소 단백질 운반체(Toxin delivery channel)의 역할을 수행하는 것이 알려져 있다. PA binds to receptor proteins (Anthrax toxin receptor (ATR)) on the surface of infected cell lines, such as macrophages, and is then cut into PA20 and PA63 by furin family protease, which binds to LF or EF as heptamers heptamerize. It is known to play the role of a toxin delivery channel to transport them into cells.

이들 복합체는 엔도시토시스 기전으로 세포 내로 들어가고 엔도좀의 pH가 낮아지면 PA63 헵타머에 구조적 변화가 생기며 엔도좀 멤브레인에 기공을 형성하고, 결과적으로 LF 혹은 EF는 세포질로 유리되어 독성 효과를 나타내게 된다. 그러므로 PA는 탄저병 예방과 치료법을 위한 관심 대상이라 할 수 있다. 따라서 탄저 독소 단백질인 PA 등을 이용한 탄저 독소 저해 방법에 대한 많은 연구들이 진행중이다. These complexes enter into cells through the endocytosis mechanism, and when the pH of the endosomes decreases, structural changes occur in the PA63 heptamer and pores on the endosomal membrane. As a result, LF or EF is released into the cytoplasm and has a toxic effect. . Therefore, PA is of interest for the prevention and treatment of anthrax. Therefore, many studies on the method of inhibiting anthrax toxin by using anthrax toxin protein PA and the like.

그러나 탄저 독소 단백질에 대한 높은 감도, 신속성 및 현장 적응성을 지닌 치료제나 진단 키트 또는 높은 물리화학적 안정성, 민감도, 특이성, 응용성 등의 특성을 지닌 탐지 물질은 아직까지 제시된 바 없다. However, no detection agent with high sensitivity, rapid and in situ adaptability to anthrax toxin protein, or a detection kit with characteristics such as high physicochemical stability, sensitivity, specificity and applicability has not been suggested.

이에 본 발명자들은 탄저병의 진단 및 치료를 위하여 사용될 수 있는 새로운 물질로서 DNA 앱타머를 개발하기에 이르렀다. Accordingly, the present inventors have developed a DNA aptamer as a new material that can be used for the diagnosis and treatment of anthrax.

본 발명의 목적은 탄저 독소 단백질에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머를 제공하기 위한 것이다. It is an object of the present invention to provide a DNA aptamer that specifically binds anthrax toxin protein.

본 발명의 다른 목적은, 상기 DNA 앱타머를 이용한 탄저병 치료제를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide an anthrax therapeutic agent using the DNA aptamer.

본 발명의 다른 목적은 상기 DNA 앱타머를 이용한 탄저병 진단용 DNA 마이크로어레이 및 바이오센서를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a DNA microarray and biosensor for diagnosing anthrax using the DNA aptamer.

본 발명은 서열번호 1 내지 4의 염기서열을 가지는 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 탄저 독소 단백질에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머를 제공한다. The present invention provides a DNA aptamer specifically binding to anthrax toxin protein, which is selected from the group consisting of nucleic acids having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1-4.

상기 탄저 독소 단백질은 PA(protective antigen)63 또는 LF(lethal factor)일 수 있다.The anthrax toxin protein may be protective antigen (PA) 63 or lethal factor (LF).

본 발명에 따른 DNA 앱타머는 서열번호 1 내지 4로 표시되는 단일가닥 DNA로, 탄저 독소 단백질인 PA 또는 LF에 특이적으로 결합한다. 상기 DNA 앱타머가 표적 물질인 PA 또는 LF에 결합하여 3차원 구조를 형성하게 되는데, 이때 표적 단백질인 PA 또는 LF의 기능을 억제한다. 구체적으로 PA가 EF(edema factor)와 결합하여 부종독소 (EdTx, edema toxin)를 형성하는 것을 억제하거나, PA가 LF와 결합하여 치사독소 (LeTx, ethal toxin)를 형성하는 것을 억제할 수 있다.DNA aptamer according to the present invention is a single-stranded DNA represented by SEQ ID NO: 1 to 4, specifically binds to anthrax toxin protein PA or LF. The DNA aptamer binds to PA or LF, which is a target substance, to form a three-dimensional structure, wherein the function of the target protein, PA or LF, is inhibited. Specifically, PA may be inhibited from binding edema factor (EF) to form edema toxin (EdTx, edema toxin), or PA may bind with LF to form lethal toxin (LeTx, ethal toxin).

위와 같이 본 발명의 DNA 앱타머가 탄저 독소 단백질에 결합하게 되면, PA63이 헵타머화되면서 LF 혹은 EF와 결합하지 못하게 된다. 결과적으로 PA63이 독소 단백질 운반체(Toxin delivery channel)의 역할을 수행하지 못하므로 탄저 독소의 효과가 나타나는 것을 저해할 수 있다. As described above, when the DNA aptamer of the present invention binds to the anthrax toxin protein, the PA63 is heptamerized, thereby preventing binding to LF or EF. As a result, PA63 may not function as a toxin delivery channel, which may inhibit the effects of anthrax toxin.

앱타머는 짧은 단일가닥의 올리고뉴클레오타이드로 높은 친화도와 특이성으로 표적 물질에 결합할 수 있는 3차원 구조를 형성할 수 있다. 이러한 앱타머는 대부분의 경우에 표적 단백질에 특이적으로 결합할 수 있을 뿐 아니라 효율적으로 그 기능을 억제할 수 있어 표적 단백질의 기능을 알아내는 데 이용될 수 있다.Aptamers are short single-stranded oligonucleotides that can form three-dimensional structures that can bind to target materials with high affinity and specificity. In most cases, such aptamers not only specifically bind to the target protein but also effectively inhibit the function, and thus can be used to determine the function of the target protein.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄저 독성을 나타내는 독소 운반 단백질을 진단 대상으로 하여 항원-항체반응에 상응하는 결합력을 갖춘 단일가닥 DNA 앱타머(ssDNA aptamer)를 선별하였다. 구체적으로, SELEX 스크리닝을 실시하여 PA63과 같은 탄저 독소 단백에 결합하는 올리고뉴클레오티드를 선별 후 이들의 결합력을 분석하여 DNA 앱타머를 선별하였다. In order to achieve the above object, the present invention was to select a single-stranded DNA aptamer having a binding capacity corresponding to the antigen-antibody reaction as a diagnostic target of the toxin transport protein showing anthrax toxicity. Specifically, SELEX screening was performed to select oligonucleotides that bind to anthrax toxin proteins such as PA63, and then analyzed their binding power to select DNA aptamers.

본 발명의 SELEX 방법은 이 기술분야에 알려진 방법이다. 간단히 설명하면,임의로 합성된 DNA 또는 RNA의 집합에서 특정 분자에 대해 높은 결합력을 지니는 DNA 또는 RNA를 선별하여 증폭시킴으로써 해당 분자의 DNA 결합 서열을 알아내는 방법이다.The SELEX method of the present invention is a method known in the art. Briefly, it is a method of determining the DNA binding sequence of a molecule by selecting and amplifying a DNA or RNA having a high binding capacity to a specific molecule in a randomly synthesized collection of DNA or RNA.

상기 SELEX 방법을 이용하여 탄저 독소 단백질에 친화성을 가지고 특이적으로 결합하는 저분자 앱타머로서 4종을 규명하여, 서열번호 1 내지 4로 나타내었다. 서열번호 1 내지 4의 DNA 앱타머는 PA63 또는 LF에 대한 결합 친화도가 높게 나타난다. Using the SELEX method, four kinds of low-molecular aptamers that specifically bind to anthrax toxin protein with specific affinity were identified, and are represented by SEQ ID NOs: 1 to 4. DNA aptamers of SEQ ID NOS: 1-4 show high binding affinity for PA63 or LF.

본 발명에서는 항체의 단점을 극복하기 위해 저분자 핵산 앱타머를 표적 물질로 이용한다. 이러한 저분자 핵산 앱타머는 그 크기가 작고, 표적 물질에 결합할 수 있도록 하는 3차원 구조를 쉽게 형성할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 앱타머는 대량 생산이 항체에 비해 상대적으로 간단하고, 독성이 약하다. In the present invention, a low molecular weight nucleic acid aptamer is used as a target material to overcome the disadvantages of the antibody. These small molecule nucleic acid aptamers are small in size and can easily form three-dimensional structures that allow them to bind to the target material. In addition, the aptamer according to the present invention is relatively simple in mass production and weak in toxicity.

또한 본 발명은 탄저 독소 단백질 사이의 상호 작용을 저해하는, 서열번호 1 내지 4의 염기서열을 가지는 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 DNA 앱타머를 유효 성분으로 함유하는 탄저병 치료제를 제공한다. The present invention also provides an anthrax therapeutic agent containing as an active ingredient at least one DNA aptamer selected from the group consisting of nucleic acids having a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 1 to 4, which inhibits the interaction between anthrax toxin proteins.

상기 탄저 독소 단백질 사이의 상호 작용 저해는 PA63과 LF 또는 PA63과 EF 사이의 상호 결합을 저해하는 것일 수 있다. PA63과 LF 또는 EF 사이의 상호 결합 기작은 앞서 설명하였다.Inhibition of interaction between the anthrax toxin protein may be to inhibit the mutual binding between PA63 and LF or PA63 and EF. The mechanism of mutual binding between PA63 and LF or EF has been described above.

본 발명에 따른 앱타머는, 단백질은 물론 유기분자, 무기분자, 탄수화물, 세포에 결합되어 이용될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 앱타머는 탄저 독소 단백질에 대한 길항제로 작용하여 표적 치료(targeted therapy)에 이용될 수 있는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 앱타머는 탄저병 치료제의 유효 성분으로 사용된다. The aptamer according to the present invention can be used in combination with proteins as well as organic molecules, inorganic molecules, carbohydrates, cells. Therefore, the aptamer according to the present invention can be used for targeted therapy by acting as an antagonist to anthrax toxin protein. Specifically, the aptamer of the present invention is used as an active ingredient of anthrax therapeutics.

상기 탄저병 치료제는 치료 유효량의 앱타머 또는 이의 염, 및 약학적으로 허용가능한 담체 또는 희석제를 포함할 수 있다.The anthrax therapeutic agent may include a therapeutically effective amount of aptamer or salt thereof, and a pharmaceutically acceptable carrier or diluent.

본 발명의 앱타머를 포함한 탄저병 치료제는 앱타머 치료제가 환자 또는 대상의 신체에서 분해될 경우, 자연 비발생 뉴클레오티드 치환체로 인한 해로운 부작용은 감소시키면서 그 표적에 대하여 큰 친화성 및 특이성을 갖는다. Anthrax therapeutics, including the aptamers of the present invention, have great affinity and specificity for their targets when the aptamer therapeutics degrade in the body of a patient or subject while reducing the deleterious side effects caused by naturally occurring non-nucleotide nucleotide substituents.

본 발명의 앱타머를 유효 성분으로 함유하는 탄저병 치료제는, 추가로 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 유효 성분을 1종 이상 함유할 수 있다. The anthrax therapeutic agent containing the aptamer of the present invention as an active ingredient may further contain one or more active ingredients exhibiting the same or similar functions.

본 발명의 탄저병 치료제는 일반적으로 약학적으로 허용가능한 매질 중에 용해되거나 분산된 유효량의 치료 활성 성분들을 함유한다. 약학적으로 허용가능한 매질 또는 담체는 임의의, 그리고 모든 용매, 분산 매질, 코팅, 항균제 및 항진균제, 등장성 약제 및 흡수 지연제 등을 포함한다. 약학적 활성 물질에 있어서의 그러한 매질 및 약제의 용도는 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 보충 활성 성분도 본 발명의 치료제 조성물 내로 혼입될 수 있다. Anthrax therapeutics of the present invention generally contain an effective amount of therapeutically active ingredient dissolved or dispersed in a pharmaceutically acceptable medium. Pharmaceutically acceptable media or carriers include any and all solvents, dispersion media, coatings, antibacterial and antifungal agents, isotonic and absorption delaying agents, and the like. The use of such media and medicaments in pharmaceutically active substances is well known in the art. Supplementary active ingredients can also be incorporated into the therapeutic compositions of the invention.

약학적으로 허용 가능한 담체는, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형 등으로 제제화할 수 있다. ,Pharmaceutically acceptable carriers may be used in combination with saline, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol and one or more of these components, as necessary. Other conventional additives such as buffers and bacteriostatic agents can be added. In addition, diluents, dispersants, surfactants, binders and lubricants may be additionally added to formulate injectable formulations such as aqueous solutions, suspensions, emulsions and the like. ,

본 발명에 따른 치료제의 제조는, 이 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 전형적으로, 상기 치료제 조성물은 액체 용액 또는 현탁액; 주사 전에 액체 중 용액 또는 현탁액에 적합한 고체 형태로서 주사가능한 약으로서; 정제 또는 경구 투여용의 기타 고체로서; 정시 방출형(time release) 캡슐로서; 또는 점안액, 크림, 로션, 고약(salve), 흡입제 등을 포함하여, 현재 사용되는 모든 형태의 치료제로 제조될 수 있다. The preparation of the therapeutic agents according to the invention can be carried out using methods known to those skilled in the art. Typically, the therapeutic composition is a liquid solution or suspension; As an injectable drug in solid form suitable for solution or suspension in liquid before injection; As a tablet or other solid for oral administration; As a time release capsule; Or any form of therapeutic agent used today, including eye drops, creams, lotions, salves, inhalants and the like.

본 발명의 앱타머를 포함하는 치료제는, 비경구 투여(예를 들어 정맥 내, 피하, 복강 내, 국소 또는 시각 경로에 적용)가 바람직하다. 투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여 시간, 투여 방법, 배설율 및 질환의 중증도 등에 따라 그 범위가 다양하다. 본 발명의 앱타머는 체중 ㎏당, 약 0.001 ㎍ 내지 100 ㎎ 수준의 투여량 레벨이 치료에 유용하다. 투여량은 단일 용량으로 투여될 수 있거나, 수회 용량으로 분할될 수 있다. 일반적으로, 목적하는 투여량은 장기간 동안에, 적어도 수 주일에 걸쳐서 설정된 간격을 두고 투여되어야 하지만, 수개월 또는 그 이상의 더 긴 투약기간이 필요할 수도 있다.Therapeutic agents comprising the aptamers of the invention are preferably parenteral (eg, applied to the intravenous, subcutaneous, intraperitoneal, topical or visual route). Dosage varies depending on the weight, age, sex, health condition, diet, time of administration, method of administration, rate of excretion and severity of disease of the patient. Aptamers of the invention are useful for treatment at dosage levels ranging from about 0.001 μg to 100 mg per kg body weight. The dosage can be administered in a single dose or can be divided into several doses. In general, the desired dosage should be administered at set intervals over a long period of time, at least over several weeks, although longer dosing periods may be required.

또한 본 발명은 서열번호 1 내지 4의 염기서열을 가지는 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 DNA 앱타머를 포함하는 탄저병 진단용 DNA 마이크로어레이를 제공한다.In another aspect, the present invention provides an anthrax diagnostic DNA microarray comprising at least one DNA aptamer selected from the group consisting of nucleic acids having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 to 4.

상기 " DNA 마이크로어레이"란 기판 상에 DNA 그룹이 높은 밀도로 고정화되어 있는 것으로서, 상기 DNA 그룹이 각각 일정한 영역에 고정화되어 있는 마이크로어레이를 의미한다. 이러한 마이크로어레이의 제조방법은 이 기술분야에 잘 알려져 있다. The "DNA microarray" refers to a microarray in which DNA groups are immobilized at a high density on a substrate, and the DNA groups are immobilized in a predetermined region, respectively. Methods of making such microarrays are well known in the art.

상기 "진단"이란 병리 상태의 존재 또는 특징을 확인하는 것을 의미한다. 본 발명의 목적상, 진단은 탄저병의 존재 또는 특징을 확인하는 것이다. By "diagnostic" is meant identifying the presence or characteristic of a pathological condition. For the purposes of the present invention, the diagnosis is to identify the presence or characteristics of anthrax.

본 발명에 따른 DNA 앱타머는 표적에 대한 특이성이 뛰어나고 결합력이 높으므로 이를 활용하여 대상 검체의 탄저병 발명 유무를 진단할 할 수 있다. 본 발명의 진단용 DNA 마이크로어레이에는 DNA 앱타머의 구조 또는 생리 활성을 안정하게 유지시키는 완충액 또는 반응액이 추가로 포함될 수 있다. 또한, 안정성을 유지하기 위해, 분말 상태 또는 적절한 완충액에 용해된 상태로 제공될 수 있다.DNA aptamer according to the present invention is excellent in specificity and high binding capacity to the target can be utilized to diagnose the presence or absence of anthrax invented in the target sample. The diagnostic DNA microarray of the present invention may further include a buffer or reaction solution that stably maintains the structure or physiological activity of the DNA aptamer. In addition, to maintain stability, it may be provided in a powder state or dissolved in a suitable buffer.

또한 탄저 독소 단백질에 결합한 본 발명 DNA 앱타머의 확인, 검출 및 정량을 용이하게 하기 위하여, 본 발명의 DNA는 상기에서 기재한 바와 같이, 단백질, 유기분자, 무기분자 또는 탄수화물 등이 표지된 상태로 제공될 수 있다.In addition, in order to facilitate identification, detection and quantification of the DNA aptamer of the present invention bound to anthrax toxin protein, the DNA of the present invention is labeled with a protein, an organic molecule, an inorganic molecule, or a carbohydrate, as described above. Can be provided.

또한 본 발명의 DNA 앱타머는 플레이트의 표면에 코팅된 형태로 제공될 수도 있다. 이 경우에는 상기 플레이트에 직접 대상 세포를 접종하여 적당한 조건에서 반응시킨 후, 플레이트의 표면상에서의 탄저 독소 단백질과 DNA의 결합을 관찰하여 탄저병을 진단할 수 있다.In addition, the DNA aptamer of the present invention may be provided in a form coated on the surface of the plate. In this case, anthrax can be diagnosed by inoculating target cells directly on the plate and reacting the cells under appropriate conditions, and then observing the binding of anthrax toxin protein and DNA on the surface of the plate.

상기 방법들에서 이용될 수 있는 실험 과정, 시약 및 반응 조건은 종래 이 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 것들을 이용할 수 있으며, 이는 통상의 기술자들에게 자명한 일이다.Experimental procedures, reagents and reaction conditions that can be used in the above methods can utilize those conventionally known in the art, which is obvious to those skilled in the art.

아울러 본 발명은 서열번호 1 내지 4의 염기서열을 가지는 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 DNA 앱타머를 포함하는 탄저병 진단용 바이오센서를 제공한다.In addition, the present invention provides an anthrax diagnostic biosensor comprising at least one DNA aptamer selected from the group consisting of nucleic acids having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1-4.

상기 바이오센서는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. The biosensor may further include a fluorescent material.

상기 형광 물질은 이 기술분야에서 이용되는 것은 어느 것이나 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는, 올리그린(OliGreen®), 플루오레세인(fluorescein), 테트라메틸로다민(tetramethylrhodamine), Cy5, Cy3 및 텍사스 레드(Texas Red)등을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The fluorescent material may be used without any limitation what is used in the art. Specific examples include, post-drawn (OliGreen ®), but are the fluorescein (fluorescein), tetramethyl rhodamine (tetramethylrhodamine), Cy5, Cy3 and Texas red (Texas Red) or the like, but are not necessarily limited thereto.

본 발명에 따른 앱타머는 바이오센서로 이용될 수 있다, 구체적으로 “전기화학기반 바이오센서” 또는 “형광분석 기반 바이오센서”로 이용될 수 있다. The aptamer according to the present invention may be used as a biosensor, specifically, may be used as an “electrochemical based biosensor” or “fluorescence based biosensor”.

전기화학 기반 바이오센서는, 전극에 앱타머를 고정시킨 후 탄저 독소 단백질이 앱타머와 결합하였을 때에 발생하는 전류의 변화나 저항 변화를 측정하는 시스템이다. Electrochemical-based biosensors are systems that measure the change in current or resistance that occurs when anthrax toxin protein binds to an aptamer after fixing the aptamer to an electrode.

구체적으로, DNA 상에 존재하는 염기들 중에서 구아닌(guanine)이 전자 전달 기작을 하는 것으로 밝혀진 바 있다. 그러나 앱타머 DNA에 구아닌이 있다 하더라도 일반적으로 걸어준 전압에서 전기화학적으로 사일런트(silent)하기 때문에 무기 금속 화합물인 외부 매개물질(mediator) 물질을 사용하여 증폭된 전기화학적 감지를 해야 하며, 이 때야 비로소 구아닌의 촉매 산화가 감지될 수 있다. 이러한 역할을 하는 매개물질로 Ru(bpy)3 2+,[Fe(CN)6]4 등을 이용한다. 그리하여, 탄저 독소 단백질에만 선택적으로 결합하며 라벨링 과정이 필요 없는, 본 발명의 앱타머를 이용하여 탄저병 감염 여부를 쉽게 진단할 수 있다.Specifically, guanine has been found to have an electron transfer mechanism among bases present on DNA. However, even if guanine is present in the aptamer DNA, it is generally electrochemically silent at the applied voltage, so it is necessary to perform amplified electrochemical detection using an external mediator, an inorganic metal compound. Catalytic oxidation of guanine can be detected. Ru (bpy) 3 2+ , [Fe (CN) 6 ] 4, etc. are used as mediators that play such a role. Thus, an aptamer of the present invention, which selectively binds only to anthrax toxin protein and does not require a labeling process, can easily diagnose anthrax infection.

형광분석 기반 바이오센서는, 형광물질을 이용하여 앱타머와 표적 물질의 결합을 정량적으로 검출하는 시스템을 말한다. 앱타머에 형광 물질을 표지하여 바이오센서로 이용하거나 앱타머와 표적 물질을 결합시킨 후에 형광 물질을 첨가하여 바이오센서로 이용하기도 한다. 구체적으로, 형광 물질, 예를 들면, 올리그린(OliGreen®, Molecular probe Inc.)이라는 형광 색소를 사용하여 바이오센서를 제작할 수 있다. 상기 올리그린은 단일가닥 DNA의 정량에 사용되는 색소로서, 이중나선형의 DNA와도 결합하여 형광을 낼 수 있다. 즉, 수용액 내에 DNA가 없으면 올리그린이 DNA와 결합할 수 없으므로 형광을 나타내지 않는다. 이러한 특성을 이용하여, 본 발명에 따른 앱타머와 탄저 독소 단백질을 결합시킨 후 상기 형광물질을 넣어준 후 형광의 세기를 측정하여 탄저 독소 단백질을 검출할 수 있다. 상기 올리그린은 한 분자의 DNA에 많은 수가 달라붙을 수 있기 때문에, 탄저 독소 단백질이 없을 때의 형광 세기와 비교하여 증폭 여부를 확인할 수 있다.Fluorescence-based biosensors refer to a system that quantitatively detects the binding of an aptamer and a target substance by using a fluorescent substance. The fluorescent material is labeled on the aptamer to be used as a biosensor, or the aptamer and the target material are combined to be used as a biosensor. Specifically, a biosensor may be manufactured using a fluorescent material, for example, a fluorescent dye called OliGreen ® (Molecular probe Inc.). The oligrin is a pigment used for quantification of single-stranded DNA, and may bind to double-stranded DNA to fluoresce. That is, if there is no DNA in the aqueous solution, oligrins cannot bind to the DNA and thus do not exhibit fluorescence. By using this property, the aptamer and anthrax toxin protein according to the present invention can be combined with the fluorescent material, and then the intensity of fluorescence can be measured to detect the anthrax toxin protein. Since the oliglin can adhere to a large number of DNA of one molecule, it can be confirmed whether or not amplification compared to the fluorescence intensity when there is no anthrax toxin protein.

본 발명의 DNA 앱타머는 탄저 독소 단백질에 특이적으로 결합하므로, 상기 DNA 앱타머는 탄저병 치료제, 탄저병 진단용 DNA 마이크로어레이 및 바이오센서로 이용될 수 있다. 본 발명의 DNA 앱타머를 탄저병 치료 및 진단에 사용하는 경우, 기존의 항원-항체 반응에서 나타나는 면역반응 등의 부작용이 거의 없는 장점이 있다.Since the DNA aptamer of the present invention specifically binds to anthrax toxin protein, the DNA aptamer may be used as an anthrax therapeutic agent, anthrax diagnostic DNA microarray, and a biosensor. When the DNA aptamer of the present invention is used for the treatment and diagnosis of anthrax, there is almost no side effect such as an immune response that occurs in the existing antigen-antibody reaction.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PA63 단백질의 분리 및 정제 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 PA 단백질의 헵타머화 유도 후 그 결과를 나타낸 TEM 이미지이다. (a)는 PA63 단백질이고 화살표는 헵타머 링 구조를 나타내며, (b)는 대조군으로 사용된 PA83 단백질로서 헵타머 링 구조가 나타나지 않았다.
도 3은 탄저 독소 단백질과 결합하는 앱타머와의 결합력 분석을 위해 제작된 Cy3-앱타머에 대한 모식도이다.
도 4a 내지 4d는 서열번호 1 내지 4의 앱타머와 탄저 독소 단백질인 PA63과의 결합력을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 서열번호 1 내지 4의 앱타머와 탄저 독소 단백질인 PA63과 LF의 결합력을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 서열번호 1 내지 4의 앱타머의 입체 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 형광물질을 이용한 바이오센서를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 8은 상기 형광 바이오센서를 이용하여 탄저 독소 단백질과 앱타머의 결합물을 검출한 결과를 나타낸 것이다(검정색 선은 10 nM DNA 앱타머(서열번호 1)+ 15 nMPA(탄저 독소 단백질인 방어항원)+OG(OliGreen) 용액을, 파란색 선은 15 nM PA+OG 용액을, 그리고 빨간색 선은 10 nM DNA 앱타머+PA+OG에, 40 nM PA를 더 첨가한 용액을 나타냄).
도 9는 상기 형광 바이오센서를 이용하여 PA를 농도 별로 넣어주었을 때의 형광의 변화를 나타낸 그래프이다(검정색 선은 PA가 없을 때를, 파란색 선은 10 nM PA를, 빨간색 선은 25 nM PA를, 그리고 녹색 선은 40 nM PA를 넣었을 때를 나타냄).
도 10은 상기 형광 바이오센서를 이용하여 BSA(대조군) 단백질과 앱타머가 결합하는지 여부를 나타내는 그래프이다(검정색 선은 10 nM 앱타머+OG을 넣은 용액을, 빨간색 선은 10 nM 앱타머+OG+40 nM BSA을 넣은 용액을, 파란색 선은 40 nM BSA(Bovine Serum Albumin)+OG을 넣었을 때를 나타냄).
Figure 1 shows the results of the isolation and purification of PA63 protein according to an embodiment of the present invention.
2 is a TEM image showing the results after induction of heptamerization of PA proteins. (a) is the PA63 protein and the arrow shows the heptamer ring structure, and (b) the PA83 protein used as a control did not show the heptamer ring structure.
Figure 3 is a schematic diagram of the Cy3-aptamer produced for analysis of the binding force with the aptamer binding to anthrax toxin protein.
4A to 4D are graphs showing the binding force between the aptamer of SEQ ID NOs: 1 to 4 and an anthrax toxin protein PA63.
5 is a graph showing the binding force between the aptamers and anthrax toxin proteins PA63 and LF of SEQ ID NOS: 1 to 4 according to the present invention.
Figure 6 shows the three-dimensional structure of the aptamer of SEQ ID NOS: 1 to 4 in accordance with the present invention.
Figure 7 schematically shows a biosensor using a fluorescent material produced according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the result of detecting the combination of anthrax toxin protein and aptamer using the fluorescent biosensor (black line is 10 nM DNA aptamer (SEQ ID NO: 1) + 15 nMPA (protective antigen which is anthrax toxin protein) ) + OG (OliGreen) solution, blue line shows 15 nM PA + OG solution, and red line shows 10 nM DNA aptamer + PA + OG, with 40 nM PA added).
9 is a graph showing the change in fluorescence when PA is added by concentration using the fluorescence biosensor (the black line is without PA, the blue line is 10 nM PA, and the red line is 25 nM PA). , And green lines indicate when 40 nM PA was added).
10 is a graph showing whether the BSA (control) protein and aptamer bind using the fluorescent biosensor (black line is a solution containing 10 nM aptamer + OG, red line is 10 nM aptamer + OG + Solution with 40 nM BSA, blue line when 40 nM BSA (Bovine Serum Albumin) + OG).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 이 기술분야의 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that such modifications and variations are within the scope of the appended claims.

실시예Example 1:  One: PA63PA63 단백질의 대량 생산 및 분리 Mass production and separation of proteins

PA가 탄저 독성을 나타내는 독소 운반 단백질의 역할을 수행하기 위해서는, 감염 대상 세포주 표면에 결합 후 단백질 가수분해 효소에 의하여 아미노 말단 부위(PA20) 및 카르복시 말단(PA63)의 형태로 전환되어야 그 기능을 할 수 있다. 즉, PA63의 형태로 전환된 후 PA63이 헵타머 형태를 형성하여야만 LF 또는 EF가 경쟁적으로 결합하게 된다. 이렇게 조합된 중합체들은 세포 내로 들어가서 엔도좀(endosome) 형태가 된다. 이 독소 중합체들이 결합하는 부분인 PA63 부분만을 클로닝하였다. 이를 위하여, 대한민국 국립 질병관리본부로부터 탄저 균주 (Bacillus anthracis sterne)를 분양받아, 이 균주의 게놈성 DNA를 분리한 뒤 PA63 유전자를 PCR을 통하여 증폭하였다. PCR 증폭은 다음과 같이 수행하였다: 업스트림 프라이머는, 5’-AAGAGCTCGGGATCCGTGCGGGCGGTCATGGT-3’, 다운스트림 프라이머는, 5’-AAGGTCGACTTATGAGTTAATAATGAACTTAATCTG-3’를 이용하여 증폭하였다. 클로닝을 용이하게 하고자 프라이머 말단 각각에 제한효소 인식자리인 5’-(BamHI): 리버스 3’(NotI)의 염기서열을 부착하였다. DNA 증폭기를 이용하여 전변성 95℃ 2분, 변성 95℃ 45초, 어닐링 55℃ 1분, 신장 68℃ 3분을 한 주기로 하여 25회 증폭시켰다. 그 다음 BamHI과 NotI 제한효소로 절단해 놓은 pET22b(Novagen) 벡터에 삽입하여 제조사의 매뉴얼에 따라 클로닝하였다(pET22-PA).In order for PA to function as an toxin-carrying protein that exhibits anthrax toxicity, it must be bound to the surface of the cell line to be infected and then converted into amino terminal sites (PA20) and carboxy terminal terminals (PA63) by proteolytic enzymes. Can be. That is, after conversion to the form of PA63, PA63 must form a heptamer form so that LF or EF can be competitively bound. The combined polymers enter the cell and become an endosome. Only the PA63 moiety, to which these toxin polymers bind, was cloned. To this end, an anthrax strain ( Bacillus anthracis sterne ) was distributed from the National Institute of Disease Control, and the genomic DNA of the strain was isolated and the PA63 gene was amplified by PCR. PCR amplification was performed as follows: upstream primers were amplified using 5'-AAGAGCTCGGGATCCGTGCGGGCGGTCATGGT-3 'and downstream primers using 5'-AAGGTCGACTTATGAGTTAATAATGAACTTAATCTG-3'. To facilitate cloning, a base sequence of 5 '-(BamHI): reverse 3' (NotI), a restriction enzyme recognition site, was attached to each of the primer ends. Using a DNA amplifier, amplification was performed 25 times in a cycle of a total denatured 95 ° C, 2 minutes, denatured 95 ° C, 45 seconds, annealing 55 ° C, 1 minute, and elongation 68 ° C for 3 minutes. It was then inserted into the pET22b (Novagen) vector cut with BamHI and NotI restriction enzyme and cloned according to the manufacturer's manual (pET22-PA).

이렇게 클로닝한 PA63 발현 플라스미드를 발현 숙주인 대장균 BL21(DE3)에 형질전환시킨 뒤 0.5 mM IPTG, 18℃ 조건하에서 24 시간 동안 PA63 생산을 유도하였다. 상기 형질전환 방법을 간략하게 기재하면 다음과 같다: 우선 DNA 5㎕를 경쟁세포(competent cell) 100 ㎕에 넣고 잘 섞어 준 뒤 얼음에 30분간 놓아 두었다. 그 다음엔 42℃에서 90초간 열 충격을 가하였다. 오염을 방지하기 위해서, 우선 알콜 램프를 켜놓은 뒤에, LB 배지 800 ㎕을 넣고 37℃에서 45분간 인큐베이션시켰다. 마지막으로 LBA 플레이트에 도포시켜주고, 37℃ 인큐베이터에서 밤새 인큐베이션하였다.This cloned PA63 expression plasmid was transformed into E. coli BL21 (DE3), which is an expression host, to induce PA63 production for 24 hours under conditions of 0.5 mM IPTG and 18 ° C. The transformation method is briefly described as follows: First, 5 μl of DNA was added to 100 μl of competitive cells, mixed well, and left on ice for 30 minutes. Then heat shock was applied at 42 ° C. for 90 seconds. In order to prevent contamination, the alcohol lamp was first turned on, and then 800 µl of LB medium was added and incubated at 37 ° C for 45 minutes. Finally it was applied to the LBA plate and incubated overnight in a 37 ° C. incubator.

그리고 박테리아 세포를 원심분리를 통해 수획하여 단백질의 용해도를 조사한 결과, 대부분의 단백질이 불용성인 것을 확인할 수 있었다. 따라서 PA63 단백질의 분리 및 정제를 위하여, 세포 내 불용성 단백질만을 얻어낸 뒤 이를 변성 조건(6M 구아니딘-HCl, 20 mM Tris, pH8.0, 300 mM NaCl, 5 mM 이미다졸 및1 mM BME)에서 용해시킨 뒤 Ni-세파로오스 칼럼을 통과시켜 PA63 단백질을 결합시켰다. 그 다음, 변성된 PA를 되접힘시키기(refolding) 위하여 칼럼에 결합된 상태로 선형 구배(Linear gradient)(우레아의 저감 농도)를 통하여 서서히 변성체를 제거시켜 가며 PA63을 되접힘시키고 500 mM 이미다졸 선형 구배 하에 용출시켰다.The bacterial cells were harvested by centrifugation and examined for solubility of the proteins. As a result, most of the proteins were insoluble. Therefore, for the isolation and purification of PA63 protein, only intracellular insoluble protein was obtained and then dissolved in denaturing conditions (6M guanidine-HCl, 20 mM Tris, pH8.0, 300 mM NaCl, 5 mM imidazole and 1 mM BME). The Ni-Sepharose column was then passed through to bind the PA63 protein. Then, while rebounding the denatured PA, PA63 is refolded and 500 mM imidazole, slowly denatured through linear gradient (reduced concentration of urea) while bound to the column. Eluted under a linear gradient.

얻어낸 단백질은 PBS(137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4,2mMKH2PO4,pH7.4) 용액에서 투석하여 과량의 이미다졸을 제거하였다. 이를 통해 얻은 단백질의 정제도를 12% SDS/PAGE를 통하여 확인하였으며, 브래드포드(Bradford) 반응액을 이용하여 양을 확인한 결과 3 mg/L 단백질을 얻을 수 있었다(도 1). The obtained protein was dialyzed in a solution of PBS (137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na 2 HPO 4 , 2mMKH 2 PO 4 , pH 7.4) to remove excess imidazole. Purity of the obtained protein was confirmed through 12% SDS / PAGE, the amount was confirmed using the Bradford (Bradford) reaction solution was obtained 3 mg / L protein (Fig. 1).

그 다음 PA63 단백질의 되접힘 여부 및 PA63의 헵타머 형태(heptamer formation)를 관찰하기 위해 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM)과 네이티브 겔(Native gel: 변성되지 않은 조건의 겔 전기영동) 확인 방법을 실행하였다. PA63는 LF, EF와 결합하기 위해 헵타머화 되어 독소 단백질 운반체(Toxin delivery channel)의 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다. 따라서 상기 방법으로 분리 정제한 PA63 단백질이 헵타머화 되는지 확인함으로써, 변성 정제 후에 단백질의 구조가 정상적으로 돌아왔는지(refolding) 확인하였다. PA63이 헵타머화를 이룰 수 있는 환경 조건(정제된 PA63 0.5 ug과 20 mM Hepes (pH 7.4)을 섞어 준 뒤 1 시간 상온에서 반응시킴)에 따라 처리한 결과, PA63이 헵타머 링 구조가 생김을 확인하였다(도 2(a))
Then, transmission electron microscopy (TEM) and native gels (gel electrophoresis under undenatured conditions) were used to observe the refolding of the PA63 protein and the heptamer formation of PA63. Was run. PA63 is known to be heptamerized to bind to LF, EF to play the role of a toxin delivery channel. Therefore, by checking whether the PA63 protein separated and purified by the above method was heptamerized, it was confirmed whether the structure of the protein was normally refolded after denaturation purification. When PA63 was treated according to the environmental conditions that heptamerization can occur (0.5 ug of purified PA63 and 20 mM Hepes (pH 7.4) and reacted at room temperature for 1 hour), PA63 formed a heptamer ring structure. It confirmed (FIG. 2 (a)).

실시예Example 2:  2: 탄저Anthrax 독소 단백질에 특이적으로 결합하는  Specifically binding to toxin proteins 단일가닥Single strand DNADNA 앱타머Aptamers 제작 making

대략 7.2× 1014개의 DNA 분자들로 구성된 랜덤 단일가닥 DNA 라이브러리 (GenoTech Co., Deajeon, Korea)로부터 탄저 독소 단백질인 PA63에 특이적으로 결합할 수 있는 단일가닥 DNA 앱타머를 SELEX 방법에 의해 선택하였다. Single-stranded DNA aptamer capable of specifically binding to anthrax toxin protein PA63 from a random single-stranded DNA library (GenoTech Co., Deajeon, Korea) consisting of approximately 7.2 × 10 14 DNA molecules was selected by SELEX method It was.

상기 실시예 1에서 정제한 PA63 단백질을 이용하여 특이적 결합 앱타머를 발굴하기 위해서는, 가장 먼저 랜덤 DNA 라이브러리가 필요하다. 이를 위해 총 60개 염기에서 30개는 랜덤으로 구성된 염기서열 ((N)30)을 포함한 단일가닥 DNA 라이브러리(5'-GCGCGGATCCCGCGC(N30)CGCGCGAAGCTTGCG-3')를 이용하였다(Integrated DNA Technologies). 주형(template) DNA 라이브러리를 증폭시키기 위하여 프라이머를 제작하고 합성하였다. 상기 DNA들을 정방향 프라이머인 “5’-바이오틴-GCGCGGATCCCGCGC-3’(BamHI site 포함)”와 역방향 프라이머인 “5’-CGCAAGCTTCGCGCG-3’(HindⅢ 사이트 포함)”와 함께 PCR을 통하여 증폭시켰다. 증폭된 DNA에서 단일가닥 DNA만을 얻기 위해 스트렙타비딘(streptavidin)(New England Biolabs)을 이용하여 스트렙타비딘-바이오틴 ssDNA로 결합시키고, 6 M의 우레아 겔에 걸어 ssDNA만을 분리하였고 에탄올에 침전시켜서 정제된 단일가닥 DNA를 동정하였다.In order to discover specific binding aptamers using the PA63 protein purified in Example 1, first, a random DNA library is required. To this end, a single stranded DNA library (5'-GCGCGGATCCCGCGC (N 30 ) CGCGCGAAGCTTGCG-3 ') containing a randomly constructed base sequence ((N) 30 ) was used in a total of 60 bases (Integrated DNA Technologies). Primers were prepared and synthesized to amplify the template DNA library. The DNAs were amplified by PCR with the forward primer "5'-Biotin-GCGCGGATCCCGCGC-3 '(including BamHI site)" and the reverse primer "5'-CGCAAGCTTCGCGCG-3' (including HindIII site)". To obtain only single-stranded DNA from the amplified DNA, streptavidin (New England Biolabs) was used to bind streptavidin-biotin ssDNA, followed by 6M urea gel to isolate only ssDNA and precipitated in ethanol. Single-stranded DNA was identified.

단일가닥 DNA를 이용하여 PA63에 특이적으로 결합하는 앱타머를 스크리닝 하기 위하여 올리고뉴클레오타이드의 인비트로 셀렉션(in vitro selection of oligonucleotide)인 SELEX를 수행하였다. 기존의 SELEX 방법에서 변형된 방법(하기 표 1 참고)으로 농축 필터를 이용하였다. 단백질과 앱타머가 결합하면 멤브레인의 크기보다 커지므로 밑으로 빠지지 못하고 위에 남아 있게 되어 결합하지 않은 단일가닥 DNA는 빠져 분리할 수 있게 되는 원리를 이용하였다. In vitro selection of oligonucleotides for screening aptamers that specifically bind to PA63 using single-stranded DNA ( in vitro SELEX, a selection of oligonucleotides, was performed. The concentration filter was used as a method modified from the existing SELEX method (see Table 1 below). When proteins and aptamers bind, they are larger than the size of the membrane, so they do not fall down and remain on top, so that unbound single-stranded DNA can be separated and separated.

이를 위해 초여과(ultrafiltration)(100 kDa 커팅-멤브레인-포함 마이크론, Millipore)을 이용하여 PA63과 단일가닥 DNA를 30분 정도 상온에서 반응시키고, 원심분리를 통해 단일가닥 DNA가 PA63과 결합하지 않아 멤브레인 밑으로 빠지게 하여 분리하고, 멤브레인을 통과하지 못해 멤브레인 위에 있는 것을 이용하여 이를 PCR을 통해 증폭하여 2.5% 아가로스 겔에 걸어 PA63-DNA만을 얻고 다음 라운드를 진행하였다. 이때 결합된 PA63에 ssDNA를 넣어 주어 조건에 따른 단백질과 유전자의 농도, 결합 시간, 결합 조건을 통하여(표 1) PA 63에 높은 결합력으로 결합할 것으로 예상되는 ssDNA를 확보하였다.To this end, PA63 and single-stranded DNA were reacted at room temperature for about 30 minutes using ultrafiltration (100 kDa cutting-membrane-containing micron, Millipore), and the single-stranded DNA did not bind to PA63 through centrifugation. It was separated by falling down, and was unable to pass through the membrane, which was on the membrane, which was amplified by PCR, and then hung on a 2.5% agarose gel to obtain only PA63-DNA, and proceeded to the next round. At this time, ssDNA was added to the bound PA63 to obtain ssDNA expected to bind with high binding strength to PA 63 through protein and gene concentration, binding time, and binding conditions (Table 1).

Figure pat00001
Figure pat00001

PA63에 대한 총 8번의 선별 및 증폭 과정을 통하여 최종적으로 4개의 DNA 앱타머를 선별하였다. 이들 DNA 앱타머의 염기서열은 하기 표 2와 같다.
Four DNA aptamers were finally selected through a total of eight screening and amplification procedures for PA63. The base sequences of these DNA aptamers are shown in Table 2 below.

서열번호SEQ ID NO: 서열(5’→3’)Sequence (5 '→ 3') 1One CAGACCGTAAGGGATGCCGCCT AAACACC CAGACCGTAAGGGATGCCGCCT AAACACC 22 GATGTGGGTGTAGTTGGAGGGTAAACGTTGATGTGGGTGTAGTTGGAGGGTAAACGTT 33 GGAATAGAGACAAAGCCACTCATATGAGTGGAATAGAGACAAAGCCACTCATATGAGT 44 CGCACTGAAGTGGGATACCGCCTAAACGGCGCACTGAAGTGGGATACCGCCTAAACGG

실시예Example 3:  3: 탄저Anthrax 독소 단백질 사이의 교차 반응을 통한  Through cross-reaction between toxin proteins 앱타머의Aptamer 결합력 분석 Binding force analysis

상기 실시예 2에서 찾은 염기서열의 탄저 독소 단백질에 대한 결합력을 알아보기 위해 PA63을 이용, 결합력 분석을 실시하였다. 결합력 분석을 위해 형광분석측정기(fluorescence microplate reader, Molecular Devices)를 이용하여 PA63에 결합하는 앱타머 4종에 대한 결합력 분석을 하였다. In order to determine the binding force to the anthrax toxin protein of the base sequence found in Example 2, the binding force analysis was performed using PA63. For binding analysis, binding affinity of four aptamers bound to PA63 was analyzed using a fluorescence microplate reader (Molecular Devices).

좀 더 구체적으로, 서열번호 1 내지 4의 ssDNA를, Cy3라는 플루오로포어(fluorophore)를 이용하여 합성된 프라이머를 이용하여 증폭시켜 Cy3-ssDNA를 동정하였다(도 3). 여기서 얻어진 DNA 농도를 결정한 뒤 PA63이 결합된 플레이트(96 well black plate, SPL)에 각 단계의 조건에 따라 서열번호 1 내지 4의 앱타머를 넣어 주어, 결합한 앱타머에 연결된 Cy3의 형광세기를 측정함으로써 해당 앱타머의 결합력을 확인하였다. 해당 농도에 따르는 형광 신호 강도를 측정하고 표시하여 이를 포화곡선에 맞추어 외견상 Kd 값을 결정하였다(도 4). More specifically, the ssDNA of SEQ ID NOS: 1 to 4 was amplified using a primer synthesized using a fluorophore called fluorophore (Cy 3) to identify Cy3-ssDNA (FIG. 3). After determining the DNA concentration obtained, put the aptamer of SEQ ID NOS: 1 to 4 according to the conditions of each step in the PA63-coupled plate (96 well black plate, SPL), and measure the fluorescence intensity of Cy3 connected to the bound aptamer By confirming the binding force of the aptamer. The fluorescence signal intensity was measured and displayed according to the concentration, and the apparent Kd value was determined according to the saturation curve (FIG. 4).

Kd 값은 이미 알려진 방법을 이용하여 구하였다(Kim JM et.al,(2006)Journal of Microbiology and Biotechnology 16,1784-1790.).구체적으로, PA63 단백질(0.5 g/well)을 20 mM Hepes (pH7.4) 용액에 30분 동안 상온에서 반응시켜 헵타머화를 유도하였다. 그 다음 상기 단백질을 SPL(96 well-black Immunoplate)에 1 시간 동안 상온에서 고정시킨 후, 1 X TBST 버퍼로 3번 세척해 준 뒤, 블랏킹(blocking)을 위해 2% BSA를 1 시간 붙여 주었다. 그 후 상기 PA 단백질이 포함된 SPL을 5번 세척한 다음 증폭된 서열번호 1 내지 4의 ssDNA(Cy3이 표지됨) 앱타머를 농도별로 희석하여 넣어 주고, 1 시간 동안 상온에서 PA 단백질과 ssDNA를 결합시켰다. 그 다음 이 결합물을 20 mM Hepes (pH7.4)로 3번 세척한 뒤, Cy3-표지 ssDNA들을 여기파장(excitation) 545 nm, 형광방출(emission) 572 nm에서 측정하여 얻어진 값으로 포화 곡선을 그리고 Kd 값을 결정하였다. Kd values were obtained using known methods (Kim JM et.al , (2006) Journal of Microbiology and Biotechnology 16,1784-1790.) Specifically, PA63 protein (0.5 g / well) was added to 20 mM Hepes ( pH7.4) Heptamerization was induced by reacting the solution for 30 minutes at room temperature. Then, the protein was fixed in SPL (96 well-black Immunoplate) at room temperature for 1 hour, washed three times with 1 × TBST buffer, and 2% BSA was added for 1 hour for blocking. . After washing the SPL containing the PA protein 5 times and then amplified by diluting the amplified ssDNA (Cy3 labeled) aptamer of SEQ ID NOS: 1 to 4, and the PA protein and ssDNA at room temperature for 1 hour Combined. The conjugate was then washed three times with 20 mM Hepes (pH7.4), and then the saturation curves were determined by measuring the Cy3-labeled ssDNAs at 545 nm excitation and 572 nm fluorescence emission. And Kd value was determined.

도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 앱타머는 나노몰 수준의 결합력을 보여주고 있다. 특히 2 가지 엡타머는 1 nM 이하의 우수한 결합력을 보여줌으로써 기존의 항체-항원 반응의 결합력에 상응하는 결합력을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 4, the aptamer according to the present invention shows the binding force at the nanomolar level. In particular, the two eptamers showed an excellent binding force of 1 nM or less, thereby confirming the binding force corresponding to that of the existing antibody-antigen reaction.

실시예Example 4:  4: 탄저Anthrax 독소 단백질에 결합하는  Bound to toxin protein 앱타머의Aptamer 결합력 분석 Binding force analysis

서열번호 1 내지 4의 앱타머와 또 다른 탄저 독소 단백질인 LF와의 결합력분석을 실시하였다. 구체적으로, 스크리닝을 통하여 얻은 서열번호 1 내지 4의 앱타가 탄저 단백질이 많은 부분을 차지하고 있는 단백질에 결합하는지, 아니면 모든 단백질이 가지고 있는 필수 아미노산에 결합하는 앱타머인지를 판단하기 위하여, 탄저 독소 단백질인 PA 및 LF와, 대조군으로 BSA(Bovine Serum Albumin)를 이용하여 실시예 3과 동일한 방식으로 결합력을 측정하여 비교하였다. The binding affinity of the aptamer of SEQ ID NOS: 1-4 and LF, another anthrax toxin protein, was performed. Specifically, in order to determine whether the aptamers of SEQ ID NOs: 1 to 4 obtained through the screening bind to a protein in which anthrax protein occupies a large portion or aptamers to bind essential amino acids of all proteins, anthrax toxin protein Phosphorus PA and LF, and BSA (Bovine Serum Albumin) as a control to compare the binding force in the same manner as in Example 3.

이를 위해 단백질들을 동일한 농도(1.0 g/well)로 96 웰 블랙 플레이트에 고정시킨 후, 이를 세척하여 단백질만을 플레이트에 고정한 상태에서 단일 가닥 DNA 앱타머(100 nM) 넣어 주어 결합력을 분석하였다. To this end, proteins were fixed on 96-well black plates at the same concentration (1.0 g / well), and then washed, and then the binding force was analyzed by putting single-stranded DNA aptamers (100 nM) while only proteins were fixed to the plates.

특히, 도 5에 나타낸 바와 같이, 플레이트 표면에 PA63, LF 및 BSA 단백질을 넣어준 뒤 앱타머를 넣어 주고 그와 결합하는 앱타머를 형광기를 이용하여 확인하였다. 그 결과, 상대적으로 서열번호 1 내지 2의 앱타머는 PA63에, 서열번호 3 내지 4는 LF에 더 잘 결합하였다.In particular, as shown in Figure 5, put the PA63, LF and BSA protein on the surface of the plate and then put the aptamer and the aptamer binding to it was confirmed using a fluorescent. As a result, the aptamers of SEQ ID NOS: 1 and 2 relatively bound to PA63, and SEQ ID NOs: 3 to 4 were better bound to LF.

실시예Example 5:  5: DNADNA 앱타머의Aptamer 입체 구조 확인 Confirmation of solid structure

상기와 같이 본 발명을 통하여 얻어진 탄저 독소 단백질과 결합하는 앱타머 가운데 나노몰(10-9M) 범위의 우수한 결합력을 갖는 4종의 DNA 앱타머를 얻을 수 있다. 상기 앱타머들의 입체 구조를 “M-fold 프로그램”을 통하여 살펴보았다. 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타난 것과 같이, 서열번호 1 내지 4의 DNA 앱타머는 탄저 독소 단백질에 쉽게 결합할 수 있도록 그 구조가 쉽게 변형됨을 알 수 있다.As described above, four kinds of DNA aptamers having excellent binding strength in the range of nanomolar (10 -9 M) among aptamers bound to the anthrax toxin protein obtained through the present invention can be obtained. The three-dimensional structure of the aptamers was examined through the “M-fold program”. The results are shown in FIG. As shown in Figure 6, the DNA aptamer of SEQ ID NO: 1 to 4 can be seen that the structure is easily modified to easily bind to anthrax toxin protein.

실시예Example 6:  6: DNADNA 앱타머를Aptamer 이용한 형광분석 기반 바이오센서  Fluorescence analysis based biosensor

올리그린(OG)(OliGreen®, Molecular Probe Inc.) 형광 색소를 이용한 바이오센서를 제작하였다. 상기 OG은 단일가닥 DNA의 정량에 사용되는 색소로 이중나선형의 DNA와도 결합하여 형광을 낼 수 있다. 수용액에 DNA가 없으면 형광을 나타내지 않는다. 이러한 OG의 특성을 이용하여 본 발명에 따른 ssDNA 앱타머가 PA 단백질과 결합하는 정도를 정량적으로 확인하는 바이오센서를 만들 수 있다. OG은 한 분자의 DNA에 많은 수가 달라 붙을 수 있기 때문에 형광 세기 증폭 여부를 확인할 수 있다.A biosensor using an OG (OliGreen ® , Molecular Probe Inc.) fluorescent dye was prepared. The OG is a dye used for quantification of single-stranded DNA, and may bind to double-stranded DNA to fluoresce. If there is no DNA in the aqueous solution, it does not fluoresce. By using the characteristics of the OG it is possible to make a biosensor to quantitatively determine the extent to which the ssDNA aptamer according to the invention binds to the PA protein. OG can attach to a large number of molecules of one molecule, so it can be checked whether the fluorescence intensity is amplified.

서열번호 1의 ssDNA 앱타머 수용액(10 nM의 ssDNA 앱타머)에 15 nM의 PA 단백질을 넣어 반응시킨 후 0.05 ng/ml의 OG(DMSO 1 ml에 녹아 있는 시약을 0.05 ng/ml 되게 TE 버퍼(10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7.5)를 넣어 만듦)을 넣고, 형광분석측정기(fluorescence microplate reader, Molecular Devices)를 이용하여 형광의 변화를 측정하였다. 대조군으로서 PA 15 nM에 OG을 넣은 것을 이용하였다.15 nM PA protein was added to the ssDNA aptamer aqueous solution (10 nM ssDNA aptamer) of SEQ ID NO: 1 and reacted with 0.05 ng / ml OG (the reagent dissolved in 1 ml of DMSO to 0.05 ng / ml). 10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7.5) was added), and the change in fluorescence was measured using a fluorescence microplate reader (Molecular Devices). As a control, OG was added to PA 15 nM.

도 8에 나타난 바와 같이, 10 nM 앱타머+ 15 nM PA에 OG을 넣은 용액은 525 nm에서 큰 형광을 보여준다(10nM PAA1, 검정색 스팩트럼). PA(15 nM)에 OG을 넣은 경우는, 형광을 보여주지 않는다(15nM PA, 파란색 스펙트럼). As shown in FIG. 8, the solution in which OG was added to 10 nM aptamer + 15 nM PA shows large fluorescence at 525 nm (10 nM PAA1, black spectrum). When OG was added to PA (15 nM), fluorescence was not shown (15 nM PA, blue spectrum).

또한, 형광 물질인 OG이 없을 때 PA 단백질과 앱타머 자체의 형광이 있는지 여부를 테스트를 하기 위해, 10 nM PAA1에 40 nM의 PA를 가한 후 형광을 측정하였을 때, 525 nm의 형광이 거의 켄칭(quenching)되는 것, 즉 형광 소멸 현상이 나타남을 알 수 있다(PAA1 + 40nM PA, 빨간색 스펙트럼). 이는 단백질과 앱타머 자체의 형광은 방출되지 않음을 보여 준다.In addition, to test the fluorescence of the PA protein and the aptamer itself in the absence of the fluorescent substance OG, when the fluorescence was measured after adding 40 nM PA to 10 nM PAA1, the fluorescence of 525 nm was almost quenched. It can be seen that quenching, that is, fluorescence disappearance (PAA1 + 40 nM PA, red spectrum). This shows that the fluorescence of the protein and the aptamer itself is not emitted.

다음으로 도 9에 나타난 것과 같이, 10 nM 앱타머(A1)에 PA를 각각, 0, 10, 25, 40 nM 가하고 OG 0.05 ng/ml을 첨가한 후 형광을 측정하였을때, PA 첨가량이 많을수록 형광의 세기가 감소함을 알 수 있다.Next, as shown in FIG. 9, when 10, 10, 25, and 40 nM of PA were added to 10 nM aptamer (A1) and 0.05 ng / ml of OG was added, the fluorescence was measured. It can be seen that the intensity of is decreased.

상기 형광의 세기가 감소하는 이유는, PA 첨가량이 많아지면 상대적으로 크기가 큰 PA 단백질이 먼저 앱타머와 결합하므로, OG이 앱타머와 결합할 수 있는 확률이 적어지고, 단백질의 방해로 형광신호가 낮아지기 때문이다. 또한 단백질의 농도가 높아지면 앱타머와 단백질이 결합할 수 있는 확률이 높아짐으로써 OG이 앱타머와 결합할 수 있는 부위가 줄어들게 되므로, 단백질의 첨가 농도가 증가할수록 형광 세기가 줄어드는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 DNA 앱타머와 탄저 독소 단백질의 결합력이 높음을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명의 DNA 앱타머들은 형광기반 바이오센서의 프로브로 이용될 수 있다.The reason why the intensity of the fluorescence decreases is that, as the amount of PA added increases, the relatively large PA protein first binds to the aptamer, so that the probability of OG binding to the aptamer decreases, and the fluorescence signal is caused by protein interference. Is lowered. In addition, as the concentration of the protein increases, the probability of binding of the aptamer and the protein increases, so that the portion of the OG can bind to the aptamer, and thus the fluorescence intensity decreases as the concentration of the protein is increased. That is, it can be seen that the binding force of the DNA aptamer and anthrax toxin protein according to the present invention is high. Through this DNA aptamers of the present invention can be used as a probe of the fluorescence-based biosensor.

대조군 실험으로, 10 nM PA 단백질에 10 nM 의 서열번호 1의 DNA 앱타머를 첨가한 용액(PAA1); 10 nM PA 단백질 및 10 nM의 서열번호 1의 DNA 앱타머를 첨가한 용액에 40 nM의 BSA 단백질을 더 첨가한 용액(PAA1+40nm BSA); 및 BSA 단백질만으로 이루어진 용액(BSA only)에, 각각 OG 0.05 ng/ml을 첨가하여 형광 세기를 측정하였다. 그 결과 도 10에 나타난 것과 같이, PAA1+40nm BSA의 조건에서도 형광이 거의 줄어들지 않았다. 즉, BAS 단백질은 OG에 의해 형광이 나타나지 않는데, 이는 본 발명에 따른 앱타머가 BSA 단백질에는 결합하지 않기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 앱타머를 이용한 바이오센서는 탄저 독소 단백질만을 특이적으로 검출할 수 있음을 알 수 있다.As a control experiment, a solution obtained by adding 10 nM of DNA aptamer of SEQ ID NO: 1 to 10 nM PA protein (PAA1); A solution in which 40 nM BSA protein was further added to a solution containing 10 nM PA protein and 10 nM DNA aptamer of SEQ ID NO: 1 (PAA1 + 40 nm BSA); And fluorescence intensity was measured by adding 0.05 ng / ml of OG, respectively, to a solution consisting only of BSA protein (BSA only). As a result, as shown in Figure 10, the fluorescence was hardly reduced even under the conditions of PAA1 + 40nm BSA. That is, the BAS protein does not fluoresce by OG because the aptamer according to the present invention does not bind to the BSA protein. Therefore, it can be seen that the biosensor using the aptamer according to the present invention can specifically detect only anthrax toxin protein.

본 발명의 DNA 앱타머는 앱타머 치료제, 의료 진단 기술, 바이오센서, 약물전달시스템, 분자 이미징 물질 분석 및 분리기술 등의 다양한 분야에 활발히 이용될 수 있다.The DNA aptamer of the present invention can be actively used in various fields such as aptamer therapeutics, medical diagnostic techniques, biosensors, drug delivery systems, molecular imaging material analysis and isolation techniques.

<110> Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University <120> DNA APTAMER SPECIFICALLY BINDING TO ANTHRAX TOXINS AND USES THEREOF <130> P09-7191 <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer to anthrax toxins <400> 1 cagaccgtaa gggatgccgc ctaaacacc 29 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer to anthrax toxins <400> 2 gatgtgggtg tagttggagg gtaaacgtt 29 <210> 3 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer to anthrax toxins <400> 3 ggaatagaga caaagccact catatgagt 29 <210> 4 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer to anthrax toxins <400> 4 cgcactgaag tgggataccg cctaaacgg 29 <110> Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University <120> DNA APTAMER SPECIFICALLY BINDING TO ANTHRAX TOXINS AND USES          THEREOF <130> P09-7191 <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer to anthrax toxins <400> 1 cagaccgtaa gggatgccgc ctaaacacc 29 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer to anthrax toxins <400> 2 gatgtgggtg tagttggagg gtaaacgtt 29 <210> 3 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer to anthrax toxins <400> 3 ggaatagaga caaagccact catatgagt 29 <210> 4 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA aptamer to anthrax toxins <400> 4 cgcactgaag tgggataccg cctaaacgg 29

Claims (8)

서열번호 1 내지 4의 염기서열을 가지는 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 탄저 독소 단백질에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머.
DNA aptamer specifically binding to anthrax toxin protein selected from the group consisting of nucleic acids having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1-4.
제1항에 있어서, 상기 탄저 독소 단백질은 PA63 또는 LF인, 탄저 독소 단백질에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머.
The DNA aptamer specifically binding to anthrax toxin protein according to claim 1, wherein the anthrax toxin protein is PA63 or LF.
탄저 독소 단백질 사이의 상호 작용을 저해하는, 서열번호 1 내지 4의 염기서열을 가지는 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 DNA 앱타머를 유효 성분으로 함유하는 탄저병 치료제.
An anthrax therapeutic agent containing as an active ingredient at least one DNA aptamer selected from the group consisting of nucleic acids having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 4, which inhibits the interaction between anthrax toxin proteins.
제3항에 있어서, 상기 탄저 독소 단백질 사이의 상호 작용 저해는 PA63과 LF 또는 PA63과 EF 사이의 상호 결합을 저해하는 것인, 탄저병 치료제.
The agent of claim 3, wherein the inhibition of interaction between the anthrax toxin protein inhibits the mutual binding between PA63 and LF or PA63 and EF.
서열번호 1 내지 4의 염기서열을 가지는 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 DNA 앱타머를 포함하는 탄저병 진단용 DNA 마이크로어레이.
Anthrax diagnostic DNA microarray comprising at least one DNA aptamer selected from the group consisting of nucleic acids having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1-4.
서열번호 1 내지 4의 염기서열을 가지는 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 DNA 앱타머를 포함하는 탄저병 진단용 바이오센서.
Anthracnose diagnostic biosensor comprising at least one DNA aptamer selected from the group consisting of nucleic acids having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1-4.
제6항에 있어서, 상기 바이오센서는 형광 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 탄저병 진단용 바이오센서.
The biosensor for diagnosing anthrax according to claim 6, wherein the biosensor further comprises a fluorescent material.
제7항에 있어서, 상기 형광 물질은 올리그린(OliGreen®), 플루오레세인(fluorescein), 테트라메틸로다민(tetramethylrhodamine), Cy5, Cy3 및 텍사스 레드(Texas Red)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 탄저병 진단용 바이오센서.The method of claim 7, wherein the fluorescent material is post-drawn (OliGreen ®), being selected from the group consisting of fluorescein (fluorescein), tetramethyl rhodamine (tetramethylrhodamine), Cy5, Cy3 and Texas red (Texas Red) Biosensor for diagnosing anthrax.
KR1020100012799A 2010-02-11 2010-02-11 Dna aptamer specifically binding to anthrax toxins and uses thereof KR101152354B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100012799A KR101152354B1 (en) 2010-02-11 2010-02-11 Dna aptamer specifically binding to anthrax toxins and uses thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100012799A KR101152354B1 (en) 2010-02-11 2010-02-11 Dna aptamer specifically binding to anthrax toxins and uses thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110093024A true KR20110093024A (en) 2011-08-18
KR101152354B1 KR101152354B1 (en) 2012-06-13

Family

ID=44929786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100012799A KR101152354B1 (en) 2010-02-11 2010-02-11 Dna aptamer specifically binding to anthrax toxins and uses thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101152354B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101500658B1 (en) * 2013-03-04 2015-03-18 한국과학기술연구원 Method and kit for detecting protein in real-time using nano metal structure
KR20160078723A (en) * 2014-12-24 2016-07-05 한양대학교 산학협력단 Compositon for inhibition of anthrax toxin
JP2016526541A (en) * 2013-06-21 2016-09-05 ユニバーシティ オブ グリニッジ Antisense oligonucleotide composition

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101500658B1 (en) * 2013-03-04 2015-03-18 한국과학기술연구원 Method and kit for detecting protein in real-time using nano metal structure
JP2016526541A (en) * 2013-06-21 2016-09-05 ユニバーシティ オブ グリニッジ Antisense oligonucleotide composition
KR20160078723A (en) * 2014-12-24 2016-07-05 한양대학교 산학협력단 Compositon for inhibition of anthrax toxin

Also Published As

Publication number Publication date
KR101152354B1 (en) 2012-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Aptamer cocktails: enhancement of sensing signals compared to single use of aptamers for detection of bacteria
US10619219B2 (en) Oligonucleotide-based probes and methods for detection of microbes
JP6280222B2 (en) Non-coding RNA of Salmonella and its identification and use
US7645582B2 (en) Aptamers that bind to listeria surface proteins
Wu et al. Pyrene excimer nucleic acid probes for biomolecule signaling
KR101152354B1 (en) Dna aptamer specifically binding to anthrax toxins and uses thereof
US9482666B2 (en) High throughput selection of specific cell binding and lytic polypeptides
KR20220041072A (en) Aptamer for Clostridium difficile
Fan et al. Chemiluminescent analysis of Staphylococcus aureus utilizing phe11-protonectin against Gram-positive bacteria
Sande et al. Design of new hydrolyzed collagen‐modified magnetic nanoparticles to capture pathogens
Sharma et al. Nucleic acid aptamers as an emerging diagnostic tool for animal pathogens
Feng et al. A fluorogenic DNAzyme for a thermally stable protein biomarker from Fusobacterium nucleatum, a human bacterial pathogen
KR101752153B1 (en) PNA probe for detecting Yersinia pestis having resistance against ciprofloxacin antibiotic and the uses thereof
Gordon et al. Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae testing in 45 minutes using oligonucleotide detection tags
KR101661507B1 (en) Nucleic Acid Aptamer for inhibiting Acetohydroxyacid Synthase of Mycobacterium tuberculosis
KR101836042B1 (en) Dna aptamer specifically binding to gram positive bacteria and use thereof
KR101755266B1 (en) Composition for detection or diagnosis of diseases containing transcription activator-like effector
KR20170109674A (en) DNA aptamer binding to non-small cell lung cancer cells (H1975)
Wang et al. Ratiometric fluorescent probes for selective and sensitive visualization of bacterial microenvironment protease activity
Di Rienzo et al. Aptamers-based Strategies for the Treatment of Microbial Infections
WO2021006668A1 (en) Aptamer specifically binding to kras protein and method for using same
KR102050297B1 (en) DNA Aptamer Specifically Binding to PG-1 Peptide and Its Use
KR20190084061A (en) Methods for assessing the risk of drug hypersensitivity induced by sulfamethoxazole and / or trimethoprim
CN115956122A (en) Methods of reducing or preventing colonization by clostridium difficile
Mehta et al. The use of phages and aptamers as alternatives to antibodies in medical and food diagnostics

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160418

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee