PCR로는 부족하다: 한타바이러스 전장 유전체 NGS 분석
미량 임상 검체에서도 안정적인 Whole-Genome Sequencing
최근 국내외에서 한타바이러스(Hantavirus) 감염 사례가 다시 보고되며 신·변종 감염병에 대한 사회적 관심이 높아지고 있습니다. 한타바이러스는 설치류를 매개로 전파되는 인수공통 RNA 바이러스로, 신증후군 출혈열(HFRS)이나 한타바이러스 폐증후군(HPS)을 유발해 치명률이 높은 것으로 알려져 있습니다. 이에 따라 지속적인 유전체 감시(Genomic Surveillance)와 변이 추적이 매우 중요해지고 있습니다.
그러나 실제 임상 검체에서는 바이러스 부하(Viral Load)가 낮거나 숙주 유래 핵산(Host nucleic acids)의 비율이 매우 높은 경우가 많아, 단순 검출을 넘어 전장 유전체(Whole Genome) 수준의 데이터를 안정적으로 확보하기 어렵다는 한계가 존재합니다.
이번 포스팅에서는 셀레믹스의 출혈열증후군 바이러스 패널(Hemorrhagic Fever Syndrome Panel)을 활용해 한탄바이러스(Hantaan virus) 임상 검체를 분석한 검증 데이터를 소개하고, NGS 기반 한타바이러스 분석이 갖는 기술적 장점을 살펴보겠습니다.
왜 PCR 기반 검출만으로는 충분하지 않을까요?
기존 PCR 기반 진단은 빠르고 민감하게 병원체를 검출할 수 있다는 장점이 있지만, 타깃 범위가 제한적이라는 한계가 있습니다.
- 프라이머가 설계된 영역 외 변이는 놓칠 수 있음
한타바이러스는 S, M, L 세 개의 RNA segment로 구성된 분절형 유전체를 가지고 있으며, 항원 변이 또한 여러 segment 전반에 걸쳐 나타납니다. 따라서 primer 결합 영역 밖에서 발생한 변이는 기존 PCR 방식으로는 검출되지 않을 수 있습니다. - 계통분석(Phylogenetic analysis)에 필요한 정보가 제한적
감염 경로 추적 및 outbreak 분석을 위해서는 whole-genome 수준의 정보가 필요합니다. 그러나 일반적인 PCR assay는 제한된 genomic region만 분석하기 때문에 충분한 해상도를 제공하기 어렵습니다.
- 종 간 감별(Species-level discrimination)이 어려움
전 세계적으로 다양한 한타바이러스 종이 존재하기 때문에, 단일 타깃 기반 PCR assay만으로는 폭넓은 species-level discrimination이 어렵습니다.
Whole-Genome 한타바이러스 분석을 위한 NGS Target Enrichment
NGS 기반 Target Enrichment(Hybridization Capture)는 이러한 한계를 보완할 수 있습니다.
복잡한 임상 배경에서 바이러스 서열만 선택적으로 enrichment함으로써, 단일 실험에서 전체 바이러스 유전체에 대한 SNV, InDel 및 다양한 genomic variant를 검출할 수 있습니다.
특히 host background가 높은 임상 검체에서는 enrichment 효율이 sequencing sensitivity와 데이터 품질에 직접적인 영향을 미치기 때문에 더욱 중요합니다.
셀레믹스 Hemorrhagic Fever Syndrome Panel 소개
셀레믹스의 출혈열증후군 바이러스 패널(Hemorrhagic Fever Syndrome Panel)은 출혈열 관련 병원체를 폭넓게 감별 진단할 수 있도록 설계된 syndrome-based NGS target enrichment panel입니다. 한타바이러스 분석 측면에서 다음과 같은 장점을 제공합니다.
- 총 10종의 한타바이러스 분석 지원
국내 토착 종인 서울 한타바이러스(Seoul orthohantavirus), 한탄바이러스(Hantaan virus)부터 남미 지역의 안데스 한타바이러스(Andes orthohantavirus) 등 해외 유입 가능성이 있는 고위험 종까지 폭넓게 커버 가능합니다. - 국가기관과의 공동 연구를 통한 검증
본 패널은 국가 공공보건기관과의 공동 연구를 통해 개발 및 검증되어 임상적·역학적 활용성을 확보했습니다. - Species-Specific Blocker 적용
Species-specific blocker를 통해 숙주 유래 핵산의 간섭을 최소화하고 on-target enrichment 효율을 극대화합니다. - 전장 유전체(Whole-Genome) 분석 지원
바이러스 유전체의 S/M/L 전체 segment에 대해 SNV/InDel 분석 및 계통 분석(phylogenetic analysis)를 지원합니다.
💡 Key Point
출혈열증후군 바이러스 패널은 한타바이러스 외에도 출혈열을 유발할 수 있는 다양한 바이러스를 동시에 스크리닝할 수 있는 증후군 기반(Syndrome-based) 패널입니다. 원인 병원체가 명확하지 않은 환자 검체에서도 광범위한 감별 분석이 가능합니다.
임상 검체 검증 결과
실제 임상 환경에서의 패널 성능을 평가하기 위해, Hantaan virus 양성 임상 검체를 단계적으로 희석하여 다양한 viral load 조건을 구현했습니다. 샘플은 Ct value 24.3, 27.6, 30.9에 대해 분석되었으며, 각 조건마다 두 개의 independent replicate를 수행하여 재현성을 평가했습니다.
- 바이러스 부하(Ct value)별 Genome Coverage (Whole-Genome Coverage at Low Viral Load)
바이러스 부하가 낮아질수록 NGS 데이터 확보가 어려워지는데, 본 검증에서는 Ct 30.9의 미량 바이러스 조건에서도 95% 이상의 10x 전장 유전체 커버리지를 두 번의 반복 실험 모두에서 안정적으로 확보했습니다.
- Depth-of-Coverage Profile
다양한 시퀀싱 깊이(Depth)에 따른 커버리지 변화를 분석한 결과, Ct 24.3과 27.6에서는 50x depth까지도 97% 이상의 유전체 커버리지를 유지했습니다. 이는 단순 검출을 넘어 변이 분석·계통 분석에 충분한 데이터 품질을 의미합니다.
- Limit of Detection (LoD)
모든 반복 실험에서 Ct 24.3부터 Ct 30.9까지의 모든 샘플이 일관되게 ‘Detected’로 판정되었으며, 이를 통해 본 패널이 실제 임상 환경에서 가장 흔하게 관찰되는 바이러스 농도 범위를 안정적으로 커버함을 확인했습니다. 또한 해당 결과는 셀레믹스의 패널이 낮은 바이러스 농도의 임상 검체(low-titer clinical specimens)에서도 신뢰도 높은 whole-genome sequencing 데이터를 제공할 수 있음을 보여줍니다.• Ct 30.9의 낮은 바이러스 농도 조건에서도 ≥95%의 10x whole-genome coverage 확보
• 두 개의 독립적인 반복 실험에서 일관된 결과를 확인하여 높은 재현성 입증
• 총 10종의 한타바이러스를 동시에 분석할 수 있어 국내 토착 종부터 해외 유입 가능성이 있는 고위험 종까지 폭넓게 커버
셀레믹스만의 차별화 포인트
- End-to-End 검증 워크플로우 – 패널 설계부터 BI까지
셀레믹스는 자체적인 Probe Design Technology, Probe Manufacturing 및 Optimization 역량을 기반으로, 라이브러리 준비부터 시퀀싱, 바이오인포매틱스 분석까지 통합 워크플로우를 제공합니다. - 종 특이적 블로커(Species-Specific Blocker) Technology
임상 검체에는 바이러스 서열보다 숙주 유래 DNA/RNA가 압도적으로 많이 포함되어 있습니다.
Celemics의 Species-Specific Blocker Technology는 숙주 유래 핵산의 간섭을 최소화하고 on-target enrichment 효율을 극대화하여, 낮은 바이러스 농도에서도 신뢰도 높은 결과를 제공합니다. - 증후군별 세분화된 패널 라인업
셀레믹스는 Hemorrhagic Fever Panel뿐 아니라 다양한 연구 목적과 임상 시나리오에 대응할 수 있는 syndrome- 및 scenario-specific NGS panel lineup을 제공합니다.• Hemorrhagic Fever Syndrome Panel — Hantavirus를 포함한 다양한 출혈열 병원체 분석
• Respiratory Syndrome Virus Panel — SARS-CoV-2, Influenza, RSV 등 호흡기 바이러스 분석
• Hantavirus Dedicated Panel —한타바이러스 단일 종속(genus) 심층 분석
COVID-19를 넘어: 확장되는 병원체 유전체 분석 역량
COVID-19 팬데믹 기간 동안 축적한 SARS-CoV-2 whole-genome sequencing 전문성을 바탕으로, Celemics는 Influenza A/B, RSV, Adenovirus, Coronavirus, Parainfluenza, Rhinovirus, Enterovirus를 포함한 주요 호흡기 병원체에 대한 검증된 NGS panel portfolio를 지속적으로 확장해왔습니다.
또한 Celemics는 African Swine Fever Virus (ASFV), Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus (PRRSV), Porcine Epidemic Diarrhea Virus (PEDV)와 같은 가축 유래 병원체 패널도 보유하고 있으며, 이를 통해 사람·동물·환경 영역을 아우르는 One Health 관점의 통합 병원체 감시(integrated pathogen surveillance)를 지원하고 있습니다.
셀레믹스 Pathogen NGS 솔루션 알아보기
셀레믹스는 전장 유전체 기반 병원체 감시(Genomic Surveillance), 미량 임상 검체 분석, outbreak monitoring에 최적화된 syndrome-based 및 pathogen-specific NGS 패널을 제공합니다.
호흡기 바이러스부터 인수공통감염병까지, One Health 관점의 통합 병원체 분석 workflow를 지원합니다.
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