Detection of rpoB Gene Mutation in Rifampin-Resistant M. Tuberculosis by Oligonucleotide Chip

Oligonucleotide chip을 이용한 Rifampin 내성 결핵균의 rpoB 유전자 돌연변이 검출

Background : Oligonucleotide chip technology has proven to be a very useful tool in the rapid diagnosis of infectious disease. Rifampin resistance is considered as a useful marker of multidrug-resistance in tuberculosis. Mutations in the rpoB gene coding $\beta$ subunit of RNA polymerase represent the main mechanism of rifampin resistance. The purpose of this study was to develop a diagnosis kit using oligonucleotide chip for the rapid and accurate detection of rifampin-resistance in Mycobacterium tuberculosis. Method : The sequence specific probes for mutations in the rpoB gene were designed and spotted onto the glass slide, oligonucleotide chip. 38 clinical isolates of Mycobacterium were tested. A part of rpoB was amplified, labelled, and hybridized on the oligonucleotide chip with probes. Results were analyzed with a laser scanner. Direct sequencing was done to verify the results. Result : The low-density oligonucleotide chip design어 to determine the specific mutations in the rpoB gene of M. tuberculosis accurately detected rifampin resistance associated with mutations in 28 clinical isolates. Mutations at codons 531, 526, and 513 were confirmed by direct sequencing analysis. Conclusion : Mutant detection using oligonucleotide chip technology is a reliable and useful diagnostic tool for the detection of multidrug-resistance in M. tuberculosis.

연구배경 : 결핵발병률과 다제내성 결핵균주의 증가로 효과적인 치료 및 관리를 위해 보다 신속하고 정확한 약제내성의 진단이 필요한 실정이다. 이에 다제내성 중요한 표지자인 rifampin 내성의 주요 기전인 rpoB 유전자 돌연변이 검출을 위해 기존의 직접 염기 서열분석과 최근 유전자 발현, 유전자 변이 및 다형성, 그리고 염기서열분석 등의 연구에 중요한 기술로 이용되어지는 oligonucleotide chip 기술을 이용하기 위한 간편하고 정확한 돌연변이 검출법을 개발하고자 시행하였다. 방법 : 본 연구에는 rifampin 내성 결핵 균주 28예와 10예의 감수성 균주 총 38예의 rifampin 내성 결해 균주를 선택하였고, wild type probe 6종류와 돌연변이 출현빈도가 높은 12종류의 probe를 제작하여 총 18 종류의 oligonucleotide probe를 고형지지체에 부착 시킨 저밀도 oligonucleotide chip을 제작하였으며 oligonucleotide chip을 이용한 rpoB 돌연변이 검출과 결과를 직접염기서열 분석 결과와 비교하였다. 결과 : Oligonucleotide chip 분석 결과 rifampin 감수성 균주에서 모두 각 codon의 wild type probe와 반응이 나타났으며, 내성 균주에서는 돌연변이가 나타난 codon을 제외한 codon 의 경우는 wild type probe와 반응이 일어났으며, 각 균주 별 돌연변이가 나타난 codon은 정확하게 그에 해당하는 돌연변이 probe와 반응함을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 직접 염기 서열 분석 결과와 서로 일치함을 알 수 있었다. 또한 oligonucleotide chip 분석 결과와 염기서열 분석 결과에서 rpoB 유전자의 codon 531과 526에서 대부분 돌연변이가 검출되어 rpoB 유전자의 돌연변이 중 큰 비중을 차지함을 또한 알 수 있었다. 결론 : 결핵균의 rifampin 내성 획득에 중요한 기전인 rpoB 유전자의 돌연변이를 저밀도의 oligonucleotide chip을 이용하여 검출할 수 있었으며 향후 지속적인 개선에 의하여 항생제 내성 진단의 자동화를 위한 유용한 수단이 될 것으로 기대된다.