결핵(Tuberculosis, TB)은 여전히 전 세계적으로 중요한 감염 질환 중 하나이며, 특히 다제내성(MDR) 및 광범위 약제내성(XDR) 결핵의 증가는 임상 진단 및 치료에서 큰 과제가 되고 있다. 효율적인 치료를 위해서는 약제 내성을 빠르게 확인하는 것이 매우 중요하지만, 기존의 배양 기반 검사법은 오랜 시간이 필요하다는 한계가 있다.  

이번 글에서는 NGS 기반 targeted deep sequencing 기술을 활용하여 결핵균의 약제 내성을 분석할 수 있는 Deeplex® Myc-TB를 소개하고자 한다.

Deeplex® Myc-TB란?

Deeplex® Myc-TB는 Mycobacterium tuberculosis complex(MTBC)의 약제 내성 예측, 균주 분석(genotyping), 그리고 mycobacterial species identification을 하나의 workflow에서 수행할 수 있는 assay이다.

특히 기존의 whole genome sequencing(WGS) 방식과 달리, 결핵균 배양 없이 임상 검체에서 직접 분석이 가능하도록 설계된 것이 특징이다. 또한 secure app 기반 자동 분석 시스템을 통해 sequencing 결과를 시각적으로 확인할 수 있다(figure 1)

Targeted deep sequencing 기반 분석

Deeplex® Myc-TB는 targeted deep sequencing 기반 assay로, 18개의 주요 약제 내성 관련 유전자와 hsp65 gene, CRISPR/DR locus를 동시에 분석한다.

이를 통해 결핵균의 약제 내성 예측뿐 아니라 mycobacterial species identification, lineage 분석 및 spoligotyping까지 하나의 workflow에서 수행 가능하다(Figure 2).

Workflow는 임상 검체 또는 배양 샘플에서 DNA를 추출한 뒤 multiplex PCR을 수행하고, library preparation 및 Illumina sequencing을 거쳐 Deeplex® web app에서 자동 분석하는 방식으로 진행된다.

15종 항결핵 약제 내성 예측

Deeplex® Myc-TB는 rifampicin, isoniazid, pyrazinamide, ethambutol과 같은 주요 1차 항결핵제뿐 아니라 fluoroquinolones, linezolid, bedaquiline 등의 2차 약제까지 포함하여 총 15종의 항결핵 약제에 대한 내성 예측을 지원한다.

분석 결과는 mutation 위치와 함께 시각적으로 표시되며, mutation coverage depth 및 관련 reference 정보도 함께 확인 가능하다. 또한 heteroresistance 여부 역시 분석 가능하도록 설계되어 있다(Figure 3).

Mycobacterial species identification 및 genotyping

Deeplex® Myc-TB는 hsp65 gene 기반 분석을 통해 MTBC뿐 아니라 100종 이상의 mycobacterial species identification을 지원한다.

자료에서는 M. kansasii, M. abscessus, M. intracellulare, M. avium complex 등 clinically relevant species 분석이 가능하다고 소개하고 있다.

또한 CRISPR locus 기반 spoligotyping 및 phylogenetic SNP 분석을 통해 lineage 및 sublineage 정보 확인도 가능하다. 이를 통해 mixed infection 또는 co-infection 분석에도 활용될 수 있다.

높은 민감도와 성능

Deeplex® Myc-TB는 높은 sequencing depth를 기반으로 약 3% 수준의 heteroresistant subpopulation까지 검출 가능하도록 설계되어 있다.

또한 약 100 genome 수준의 낮은 bacterial load에서도 분석 가능하며, 자료에서는 WGS 기반 resistance phenotype의 97–99%를 capture했다고 소개하고 있다.

Phenotypic drug susceptibility testing 대비 평균 sensitivity는 95.3%, specificity는 97.4%로 보고되었다(Table 1).

Workflow 및 Kit Specification

Deeplex® Myc-TB는 Illumina iSeq 100, MiniSeq, MiSeq, NextSeq platform에서 사용 가능하며, sequencing 이후 FASTQ 데이터를 Deeplex® web app에 업로드하면 1시간 이내에 자동 분석 결과를 확인할 수 있다.

전체 workflow의 turnaround time은 약 1~2일 수준으로 소개되고 있으며, 임상 검체 기반 분석도 가능하도록 구성되어 있다(Table 2).

마무리

Deeplex® Myc-TB는 결핵균 약제 내성 분석, 균주 typing, species identification을 하나의 workflow에서 수행할 수 있는 NGS 기반 솔루션이다.

특히 배양 과정 없이 임상 검체에서 직접 분석 가능하다는 점과, deep sequencing 기반의 높은 민감도를 제공한다는 점이 특징적이다.

결핵 진단 및 약제 내성 분석 분야에서 NGS 기반 접근이 확대되는 가운데, Deeplex® Myc-TB는 신속성과 정보량 측면에서 주목할 수 있는 assay로 보인다.

※ 자세한 workflow 및 specification은 첨부된 자료 참고

technical_note_20221221_CE-avec_compression다운로드