팬데믹의 감염 속도를 좌우하는 두 가지 요인은, 한 명의 감염자로 인해 전염되는 인원수와 한 감염자가 증상을 보인 시점부터 2차 감염자가 증상을 보이기까지 걸리는 시간입니다. 전자는 재생산 지수이고 후자는 연속 감염 기간입니다. 예를 들어, 에볼라의 연속 감염 기간은 몇 주이고 코로나19의 연속 감염 기간은 며칠에 불과합니다. 이 짧은 연속 감염 기간은 신종 코로나19가 빠르게 확산되고 전파를 차단하기 어려울 수 있음을 의미합니다.
2020년 3월 말까지 인구의 ~ 3% 이상을 테스트한 국가는 아직 없으며, 전 세계적으로 얼마나 많은 테스트가 수행되었는지에 대해서는 많은 차이를 보이고 있습니다. 이러한 상황은 더욱 신속한 테스트와 결과 확인의 필요성을 부각시킵니다. 테스트를 더 빠르게 수행할수록 더 빠른 결과를 얻을 수 있으며 추가적인 확산을 막기 위한 조치를 더욱 신속하게 취할 수 있습니다. 그렇다면 코로나19를 어떻게 테스트하고, 어떻게 하면 더 빠르게 테스트할 수 있을까요?
자동화를 통한 테스트 가속화
자동화 기술이 특히 도움이 될 수 있습니다. 자동화 시스템은 워크플로의 필수 부분인 시료 전처리를 빠르게 추적함으로써 테스트 속도를 높이고 시료 처리 과정에서 발생하는 오류를 최소화하는 데 이용되고 있습니다.
연구원들은 코로나19 연구 조사, 새로운 기술 및 데이터 분석 도구의 개발, 그리고 새로운 생물학적 통찰력의 확보를 위해 Bravo와 같은 애질런트 연구 장비를 사용하고 있습니다. 과학자들은 CDC 프로토콜을 채택하고 있지만 이 프로토콜은 저처리량 수작업에 적합하게 설계되었기 때문에 자동화된 액체 처리 장비를 도입하여 속도를 높일 수 있습니다. 이러한 장비를 도입한 시설에서는 하루 2,000개의 시료를 처리하여 실험실의 처리량을 높이고 있으며 결과를 제공하는 데 걸리는 시간을 며칠에서 몇 시간으로 단축하고 있습니다.
보스턴에 본사를 둔 한 생명 공학 회사는 애질런트의 맞춤형 oligonucleotide 라이브러리의 도움을 받아 코로나바이러스 검출에 도움을 주는 DNA를 합성하고 있습니다. 이 업체는 다른 연구원들과 자유롭게 정보를 공유하고 있습니다. 캘리포니아의 연구 그룹도 Bravo를 사용하여 코로나19 검사 노력에 박차를 가하고 있습니다. Bravo가 자동화를 위한 워크플로의 필수적인 부분으로 활용되고 있다는 것이 지금까지의 피드백입니다. 1,000개의 시료를 분석한다는 초기의 예상치를 계속 넘어서 하루에 거의 3,000개의 시료를 처리하고 있습니다!
Bravo는 액체를 한 용기에서 다른 용기로 옮기는 프로세스를 자동화합니다. 한 사람이 한 번에 하나 또는 몇 개의 액체 시료만 옮길 수 있는 반면, Bravo는 한 번에 96개의 시료를 처리합니다. 그 결과 처리 속도가 빨라질 뿐만 아니라 정확도와 정밀도를 유지할 수 있어 직원들을 반복적인 스트레스로부터 해방시킵니다.
샘플링이 증가하면 그에 따라 소모품 사용량도 증가하게 됩니다. Bravo 기기는 자동 액체 처리 장치를 염두에 두고 애질런트가 특별히 설계하고 제조한 96-well 용기 마이크로플레이트를 사용합니다. 실제로 유럽의 주요 제약 회사 둘 중 한 곳에서는 정부 프로그램을 지원하고 있으며 코로나19 검사를 위한 자동화 프로토콜에 애질런트 마이크로플레이트를 이용하고 있습니다.
qRT-qPCR 기술의 역할
qRT-qPCR은 RNA 분리, cDNA 증폭(DNA를 수백만에서 수십억 개로 복제), 라벨링 시약 사용, 표적 DNA의 증폭 및 검출을 위한 통합 기기, 및 데이터 분석 워크플로로 구성된 강력하고 비용 효과적인 검출 분석법입니다. 애질런트는 Absolute RNA 키트(바이러스 RNA 분리용), AffinityScript reverse transcriptase(분리된 RNA를 DNA로 변환), 증폭 및 라벨링을 위한 Brilliant Master 혼합물등을 포함한 qPCR 워크플로용 주요 시약과 Aria Mx/Dx qPCR 기기를 공급합니다. 이러한 시약과 기기는 연구원들이 코로나19를 보다 깊이 있게 이해하도록 돕고 있습니다.
최전선의 지원
1월, 연구 및 제조 그룹인 PrimerDesign은 cDNA 합성에 사용되는 AffinityScript 역전사 효소의 주문을 논의하기 위해 연락을 해 왔습니다. 이 시약의 절대적 필요성과 코로나바이러스의 위협이 커지고 있는 사태의 심각성을 인식해 애질런트는 요청을 신속하게 처리하기로 합의했습니다. 이 그룹에서 개발한 키트는 현재 FDA 승인 긴급 사용 인증(EUA) 키트 중 하나이면서 유럽에서 사용되는 최초의 CE-IVD 마크 키트 중 하나입니다.
증폭 및 검출 측면에서 다수의 Agilent Brilliant III qRT-PCR 프로브 키트가 검출 키트 제작에 이용되고 있습니다. 또한 이탈리아의 한 회사는 Agilent AriaDx Real-Time PCR 시스템을 포함해 상용 실시간 PCR 시스템과 호환되는 코로나19 검출용 CE-IVD 키트를 출시했습니다.
qPCR을 넘어서: 코로나19의 마이크로 어레이 분석
qPCR이 빠르고 비용 효율적이며 간단하지만 바이러스 RNA를 분석하는 유일한 방법은 아닙니다.
몇 주 전, 코로나19의 상황이 임계 수준에 이르기 시작했을 때, 연구원들은 애질런트가 마이크로어레이에 coronavirus sequence를 추가해 달라는 요청에 빠르게 응할 수 있는지 알아보기 위해 연락을 취했습니다. 대답은 물론 "예."였습니다.
팀은 마이크로 어레이에 신종 코로나바이러스뿐만 아니라 다른 두 coronavirus sequence(MERS 및 SARS)도 추가할 수 있었습니다. 몇 달까지도 걸릴 수 있는 설계 최적화 프로세스가 2주도 채 걸리지 않았습니다. 48시간 내에 마이크로 어레이를 인쇄하고 출고하여 납품할 수 있었습니다.
계속되는 속도와의 전쟁
코로나19 사태는 향후 몇 주 안에 정점에 도달할 것으로 예상되지만, 현재의 팬데믹 사태를 관리하고 2차 유행을 막기 위해서는 테스트가 절실히 필요합니다. 코로나19의 확산을 막고, 더 나아가 이 병원체를 이해하고 물리치기 위해서는 더 많은 테스트, 더 빠른 결과, 더 빠른 조치가 필요합니다.