병원성 미생물, 항생제 내성 유전자(ARG), 외인성 병원성 핵산이 도시 생활 하수, 병원 폐수, 산업 폐수 및 수계 네트워크에 숨어 있습니다. 이러한 "보이지 않는 위험"은 수질 환경 안전 및 공중 보건 예방 및 통제의 핵심 문제를 형성합니다.

그림 1: 도시 물 순환에서 감염성 바이러스의 운명 및 잠재적 노출 경로 출처: Wigginton K.R., et al. 신진 연구자 시리즈: 도시 물 순환에서 팬데믹 바이러스의 출처 및 운명. 2015. (번역됨)

복잡한 폐수 매트릭스에서 이러한 보이지 않는 위험을 정확하게 "낚아낼" 수 있는 방법은 무엇일까요? 답은 디지털 PCR에 있습니다.

폐수 검사는 본질적으로 복잡합니다.

첫째, 표적 핵산은 일반적으로 극히 낮은 농도로 존재합니다. 환경 샘플에서 바이러스, 병원성 박테리아 또는 특정 기능 유전자는 미량으로 존재할 수 있습니다. 특히 질병 발생 초기 또는 초기 오염 단계에서는 표적 분자 농도가 전통적인 방법의 안정적인 검출 한계보다 훨씬 낮은 경우가 많습니다.

둘째, 폐수 샘플 매트릭스는 매우 복잡합니다. 다양한 출처의 폐수에는 부식산, 다당류, 단백질 및 기타 PCR 억제제가 포함될 수 있으며, 이는 증폭 효율을 감소시켜 편향된 검사 결과를 초래합니다.

정량 실시간 PCR(qPCR)은 절대 정량을 위해 표준 곡선에 의존하는 반면, 디지털 PCR(dPCR)은 반응 혼합물을 수만 개의 독립적인 미세 반응으로 분할합니다. 포아송 통계를 사용하여 양성 및 음성 반응의 비율을 계산함으로써 dPCR은 표준 곡선 없이 표적 핵산 분자의 절대 정량을 달성합니다.

폐수 검사에서 디지털 PCR의 일반적인 응용 분야

• 병원체 모니터링 및 역학 조기 경보: 폐수에 포함된 인간 바이러스 핵산은 지역 사회 감염 상태를 반영합니다. 저농도 표적에 대한 높은 민감도를 활용하여 dPCR은 바이러스 핵산을 모니터링하여 공중 보건 위험 경고를 위한 데이터 지원을 제공합니다. 예를 들어, 바이러스 유행 기간 동안 폐수에서 바이러스 특이적 핵산 단편을 검출하는 것은 지역 사회 전염 추세를 평가하고 전략을 "수동 검사"에서 "사전 경고"로 전환하는 데 도움이 됩니다.

• 항생제 내성 유전자(ARG) 검출: 항생제 내성은 중요한 전 세계 공중 보건 문제입니다. 미생물 전파 및 유전자 교환의 핵심 환경 매체로서 폐수는 다양한 내성 유전자를 보유하고 있습니다. 디지털 PCR은 저농도 ARG의 정확한 정량을 가능하게 하여 폐수 처리 평가 및 환경 내성 위험 분석을 위한 신뢰할 수 있는 데이터 지원을 제공합니다.

• 미생물 오염 및 수질 평가: 전통적인 배양 방법은 시간이 많이 걸리고 배양 불가능한 미생물을 포함할 수 없습니다. 핵산 기반 dPCR은 표적 미생물의 유전적 표지자를 직접 분석하여 효율성을 높여 하수 처리장, 산업 폐수 및 생태 수역 모니터링에 적합합니다.

저농도 표적, 복잡한 매트릭스 및 높은 정확도 요구 사항과 같은 과제를 해결하기 위해 JLM-Lifetech는 올인원 통합 미세 유체 칩 기술을 사용하여 환경 분자 검사를 위한 고감도, 고안정성 및 고효율 dPCR 솔루션을 제공합니다.

핵심 기술: 올인원 통합 미세 유체 칩

그림 2: 올인원 통합 미세 유체 칩

JLM-Lifetech 디지털 PCR 시스템은 액적 및 칩 기반 dPCR의 장점을 결합한 혁신적인 통합 미세 유체 칩 설계를 활용합니다. 액적 생성, PCR 증폭 및 형광 검출을 단일 플랫폼에 통합하여 "샘플 입력, 결과 출력"의 폐쇄형 워크플로우를 달성합니다.

로딩되면 샘플은 미세 유체 시스템에 의해 구동되어 조밀하고 균일한 단일 층의 매트릭스 미세 액적을 생성합니다. PCR 증폭은 액적 이동 작업 없이 칩에서 직접 발생하여 근원에서 샘플 손실 및 교차 오염을 제거합니다. 정밀한 온도 제어는 빠른 열 순환을 가능하게 하여 증폭 시간을 크게 단축합니다.

복잡한 폐수 검사에서 이 기술은 액적 균일성, 정밀한 온도 제어 및 오염 방지를 통해 저농도 표적의 신뢰할 수 있는 검출을 보장합니다.

JLM-Lifetech 디지털 PCR 시스템의 추가 장점:

• 단일 복사본 감도: 검출 한계가 단일 복사본 수준까지 도달하여 폐수 샘플의 낮은 표적 농도 및 복잡한 배경 간섭을 효과적으로 극복합니다.

• 고급 다중화 기능: 하드웨어 채널 제한을 넘어 단일 반응에서 더 많은 표적을 정량화하여 샘플 및 시약을 절약하고 처리 시간을 단축합니다.

그림 3: FAM, HEX, ROX 및 Cy5 채널(각각 2, 2, 3 및 2개의 프로브로 구성)을 사용하는 TaqMan 프로브 방법을 사용하여 9중 dPCR 시스템이 구축됩니다. 6개 채널 조합의 2D 플롯은 각 표적에 대한 양성 액적의 명확한 해상도를 보여줍니다.

• 지능형 이미지 분석: 양성 액적의 시각적 추적을 지원하여 잠재적인 위양성을 식별하고 수정하여 특이도와 정확도를 향상시킵니다.

• 개방형 플랫폼: 타사 시약과 호환되어 운영 비용을 절감합니다.

DiOne: 완전 자동화 올인원 시스템

• 처리량: 배치당 4~32개 샘플

• 광학 채널: 4/5/6/7 채널

• 액적 생성: 20,000~25,000개의 액적

디지털 매트릭스: 미세 액적 매트릭스 생성기 및 열 순환기 + 미세 액적 매트릭스 판독기

• 생성기 및 열 순환기: 배치당 1~32개 샘플, 20,000~30,000개의 액적

• 판독기: 3/4/5 채널, 배치당 1~16개 샘플

환경 위험 모니터링부터 공중 보건 조기 경보, 병원체 검출부터 내성 유전자 프로파일링까지, 폐수 감시는 보다 정확하고 효율적인 분자 시대로 진입하고 있습니다. JLM-Lifetech 디지털 PCR 시스템은 환경 모니터링에 고감도, 고정밀, 자동화된 분자 검사 기능을 제공하여 CDCs, 환경 보호 기관, 연구 기관, 검사 실험실 및 환경 부문에 힘을 실어줍니다.