출처: 이안 페퍼 박사와 찰스 게르바 박사의 연구소 - 애리조나 대학교
시연 저자: 브래들리 슈미츠
역전사-폴리머라제 연쇄 반응(RT-PCR)은 기존의 PCR-사이클링 온도와 동일한 공정을 수반하여 핵산을 증폭시킵니다. 그러나, 기존의 PCR은 탈옥리보핵산(DNA)만 증폭되는 반면, RT-PCR은 보완적인 DNA(cDNA)의 형성을 통해 리보핵산(RNA)의 증폭을 가능하게 한다. 이를 통해 환경 내에서 발견되는 RNA 기반 유기체는 DNA를 위해 설계된 방법과 기술을 활용하여 분석할 수 있습니다.
환경에서 발견되는 많은 바이러스는 RNA를 유전 물질로 사용합니다. 노로바이러스와같은 여러 RNA 계 바이러스 병원체 및 고추 순온 기질 바이러스(PMMoV)와 같은 지표 유기체는 정량화를 위한 배양 기반 검출 방법이 없습니다. 토양, 물, 농업 등으로부터환경 샘플에서 이러한 RNA 바이러스의 존재를 검출하기 위해, 분자 검사는 DNA로 RNA를 변환하기 위해 RT-PCR에 의존한다. RT-PCR없이, 미생물학자는 인간과 환경 건강에 위험을 제기 수많은 RNA 기반의 바이러스를 분석하고 연구 할 수 없을 것입니다.
RT-PCR은 또한 환경에서 미생물 활성을 측정하는 도구로 사용될 수 있다. 메신저 RNA (mRNA)는 단백질 번역을 위한 단 하나 좌초 템플릿이고, 상이한 mRNA의 수준을 측정하는 것은 미생물이 환경 내에서 발현되고 있는 유전자를 나타냅니다. 유전자 발현을 분석하면 생물체가 다른 환경 조건에서 생존하기 위해 어떤 생물학적 경로를 사용하는지 에 대한 단서를 얻을 수 있습니다. 어떤 경우에는, 유전자 발현은 가혹한 조건에서 가장 잘 살아남을 수 있고 오염된 토양 또는 물의 생물 치료를 위한 기능을 가지고 있는 어떤 유기체를 결정하기 위하여 이용될 수 있습니다.
PCR은 DNA 템플릿의 증폭을 기반으로 하며, 이는 유기체로부터 RNA를 검출하는 데 그 사용을 제한합니다. 그러나 RT-PCR은 역전사(RT)라고 하는 특수 효소를 사용하여 RNA를 사용하여 cDNA를 생성하는 수단을 제공한다. 이러한 cDNA는 종래의 PCR(도1)을이용한 후속 증폭을 위한 시작 템플릿으로 사용될 수 있다.
역전사는 cDNA 합성을 템플릿화하는 데 사용되는 프라이머에 따라 환경 샘플 내에서 발견되는 원하는 제품 또는 전체 핵산 커뮤니티만 증폭하도록 제어될 수 있다. 이것은 중요 한, 토양과 물 샘플은 종종 특정 분석에 대 한 원하지 않는 다양 한 핵산으로 포화. 임의의 미생물에서 발견되는 RNA 서열에 결합할 수 있는 무작위 프라이머는 RT-PCR에서 대부분의 RNA를 검출할 수 있으므로 샘플은 환경에서 다중 유기체의 존재 및 상대적 풍부를 위해 분석될 수 있다. 다른 한편으로는, 서열 특정 프라이머는 하나 또는 몇몇 유기체에서 찾아낸 정확한 순서를 위한 cDNA 합성을 시작합니다. 이를 통해 인간에서 위장질환을 유발할 수 있는 노로바이러스가물 속에서 존재하는지 여부를 결정하는 등 특정 목적을 위해 환경 샘플을 검사할 수 있습니다.
그림 1. 환경 RNA 샘플의 RT-PCR 분석의 단계별 프로세스.
1. 샘플 수집 : 토양 샘플
2. 샘플 수집 : 물 샘플
3. RNA 추출
4. 역 전사 - PCR
그림 2. 마스터 믹스와 추출물을 함유한 8튜브 스트립을 덮었다.
시약 | 반응 1회당 부피(μL) |
10x RT 버퍼 | 2.0 |
25배 dNTP | 0.8 |
10x 랜덤 프라이머 | 2.0 |
멀티스크리브 | 1.0 |
Rnase 억제제 | 1.0 |
분자 등급 H2O | 3.2 |
총 볼륨 | 10 |
표 1. RT 마스터 믹스 성분.
1단계 | 2단계 | 3단계 | 4단계 |
25°C, 10분 | 37°C, 120분 | 85°C, 5분 | 4 °C, ∞ |
표 2. RT 반응 열순환기 프로그램.
RT-PCR이 완료되면 일부 PCR 제품을 아가로즈젤(그림 3)에분리하고 시각화할 수 있다. 이 예에서, 유전자 특이적 프라이머는 RNA 바이러스의 존재를 검출하기 위해 사용되었다. 예상 된 크기의 밴드는 두 개의 샘플과 양성 제어 반응에서 얻어지지만 음의 대조군에서 얻어지며, 테스트중인 두 개의 물 샘플에서이 바이러스의 존재를 나타냅니다.
그림 3. RT-PCR 제품의 젤 전기전도. M: DNA 크기 마커; P: 긍정적인 제어; N: 음수 제어. 4개의 물 샘플에서 RNA를 이용한 반응은 차선 1, 2, 3 및 5에서 실행되었다.
RT-PCR은 RNA 템플릿에서 cDNA를 만드는 데 필요합니다. 이를 통해 RNA 기반 미생물은 DNA를 위해 개발된 분자 분석을 활용하여 분석할 수 있습니다. CDNA가 합성되면 PCR 어약은 환경 샘플 내에서 RNA 기반 미생물의 존재 또는 부재를 결정할 수 있습니다. 이를 통해 추가 다운스트림 분석을 통해 미생물 생태학, 건강 위험 및 환경 위험을 파악할 수 있습니다.
RT-PCR은 또한 어떤 유전자가 환경에서 발현되고 있는지 관찰하는 수단으로 mRNA를 분석하는 데 활용될 수 있다. 이것은 미생물이 특정 환경 조건에서 살아남기 위하여 의지하는 단백질 및 통로에 관하여 정보를 제공합니다. 유전자 발현 분석은 탄화수소 또는 염소 용매와 같은 환경 오염 물질을 분해하는 미생물 경로를 식별할 수 있으며, 이러한 경로를 가진 미생물은 생체 교정을 위해 활용될 수 있습니다.
위험 평가는 인간 및 환경 건강 위험을 분석하기 위해 RT-PCR을 통합합니다. RT와 정량적 PCR을 결합하면 RNA 바이러스를 샘플 내에서 열거할 수 있으므로 정량적 미생물 위험 평가(QMRA)를 위해 인간 및 환경 노출을 계산할 수 있습니다.
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