전 세계적으로 가장 많이 발생하는 조류독감을 일으키는 조류인플루엔자 바이러스(AIV)는 주로 조류에 감염되지만 사람과 다른 동물에도 감염될 수 있는 인플루엔자 바이러스의 일종이다. 이 바이러스는 인플루엔자 A 바이러스 속에 속하며 다양한 단백질을 암호화하는 8개의 RNA 세그먼트를 가지는 RNA 바이러스이다. AIV는 16가지의 서로 다른 헤마글루티닌(HA) subtype과 9가지 뉴라미니다제(NA) subtype으로 분류된다. 저병원성 조류 인플루엔자(LPAI) 바이러스는 일반적으로 조류에게 경증 또는 무증상으로, 일반적으로 구강이나 호흡기 경로를 통해 전파되며 조류 사이에서 상대적으로 낮은 병원성을 나타낸다. 반면, 고병원성 조류인플루엔자(HPAI) 바이러스는 조류에게 심각한 질병과 높은 사망률을 초래한다. HPAI 바이러스는 가금류의 대량 폐사를 초래하고 가금류 농장의 계란 생산을 감소시킬 수 있고, 어떤 경우에는 사람에게 감염되어 심각한 질병을 일으킬 수도 있다.
감염병을 유발하는 병원체의 유전 물질이나 단백질을 식별하기 위해 분자 진단 방법이 사용된다. 이러한 기술은 정확하고 신속한 진단이 가능하고 질병 전파 예방, 감염원 추적, 항생제 내성 모니터링, 감염병에 대한 광범위한 감시 등 다양한 측면에서 매우 중요하다. 진단 마이크로어레이 기법은 수많은 프로브를 동시에 테스트할 수 있기 때문에 빠르고 정확한 기법이다. 이러한 마이크로어레이는 질병 진단, 병원체 유전형 분석, 돌연변이 검사 및 감염병과 관련된 단일 염기 다형성(SNP) 식별에 광범위하게 적용된다.
본 연구에서는 조류인플루엔자 바이러스의 subtype과 pathotype을 신속하고 정확하게 동시에 수행할 수 있는 진단 마이크로어레이 기술을 설계, 개선, 검증하여 현장에서의 적용성을 확인하였다.
제 1장에서는 392개의 HPAI/LPAI 시퀀스를 기반으로 HA 및 NA 프로브를 선택 및 분석하고 마이크로어레이를 개발하였다. HA subtype 및 pathotype 검출을 위해 분석 프로그램을 통해 총 55개의 프로브가 선택되었고, NA subtype 검출을 위해 총 20개의 프로브가 선택되었다. Subtype 및 pathotype의 분석적 성능 결과, HA subtype의 민감도는 98%, 특이도는 94%, pathotype의 민감도는 100%, 특이도는 89%로 나타났다. NA subtype 분석의 민감도는 94%, 특이도는 89%였다.
제 2장에서는 이전 연구에서 개발한 진단용 마이크로어레이의 민감도와 특이도를 향상시키고, 특정 프로브를 새롭게 추가하였다. 또한, pathotyping을 위한 새로운 프라이머 세트를 설계하여 추가하였다. Pathotype 검출용 프라이머 세트와 기존 HA 프라이머 세트를 이용하여 PCR 증폭을 실시한 결과, 기존에 PCR 산물이 생성되지 않았던 시료에서도 PCR 산물이 생성되었다. 위의 마이크로어레이 결과와 Ease Asian 분리주 서열 분석 결과를 바탕으로 총 79개의 특정 프로브를 선택하였다. 최종 선정된 79개의 특정 프로브는 총 140개의 샘플을 이용하여 검증되었다.
제 3장에서는 이전 연구에서 확보한 AIV HA 유전자 서열을 기반으로 새로 얻은 유라시아(일부 아프리카 포함) 분리 서열을 추가하고 분석했다. 유전자 서열 분석 결과, 68개의 프로브가 최종 선정되었다. 최종 선택된 69개의 프로브는 총 36개의 몽골 분리주를 사용하여 검증되었다. 36개의 몽골 분리주 중 18개의 H5 subtype 샘플이 모두 H5 특이적 프로브와 반응하고 HPAI 프로브와 반응하였다. 비표적 샘플은 어떤 프로브에도 반응하지 않았다. 본 연구에서는 개발된 진단용 마이크로어레이를 통해 주요 HA subtype 및 pathotype을 구별할 수 있음을 확인하였다.
결론적으로, 본 연구에서 개발된 진단용 마이크로어레이는 주요 subtype 및 pathotype을 동시에 확인할 수 있어 해외 분리주에도 적용이 가능하고 HPAI 진단에 활용 가능성이 높다는 것을 확인하였다. 따라서 진단용 마이크로어레이는 HPAI 바이러스 진단에 소요되는 시간을 단축시켜 방역정책의 원활한 적용을 가능하게 하며, 궁극적으로 HPAI로 인한 피해량을 줄이고 바이러스 퇴치에 소요되는 시간을 단축시키는 효과를 기대할 수 있다.