홍라이프 계산기MOI(감염 다중도) 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
감염 다중도(MOI)는 감염이나 형질도입을 할 때 표적 세포 하나당 감염성 바이러스 입자가 몇 개인지를 나타내는 비율입니다. 이 계산기는 정해진 세포 수에 원하는 MOI를 맞추려면 바이러스 원액을 얼마나 넣어야 하는지 계산하고, 푸아송 분포로 감염성 입자를 하나 이상 받는 세포의 비율을 추정합니다. 바이러스학, 파지 연구, 렌티바이러스나 AAV를 이용한 유전자 전달에서 기본적으로 쓰는 계산입니다.
계산 방법
- 필요한 감염 단위 = 세포 수 × MOI
- 부피(mL) = 세포 수 × MOI ÷ 역가(PFU/mL), 화면에는 1,000을 곱해 µL로 표시합니다.
- 감염 세포 비율 = 1 − e^(−MOI)
역가는 플라크 형성 단위(PFU), 형질도입 단위(TU) 등 감염성 입자를 센 값이면 되고, 전체 유전체 수를 센 값이면 안 됩니다.
원리
바이러스 입자는 무작위로 세포에 닿습니다. 세포당 평균 m개의 감염성 입자를 넣으면, 한 세포가 받는 입자 수는 평균이 m인 푸아송 분포를 따릅니다. 하나도 받지 못할 확률은 e^(−m)이므로 하나 이상 받을 확률은 1 − e^(−m)입니다. 그래서 MOI 1에서는 100%가 아니라 약 63%의 세포만 감염됩니다. 어떤 세포는 두 개 이상을 받고, 어떤 세포는 하나도 받지 못하기 때문입니다.
예제 풀이
- 입력값: 세포 1 × 10⁶개, MOI 5, 역가 1 × 10⁸ PFU/mL
- 필요한 PFU: 1 × 10⁶ × 5 = 5 × 10⁶ PFU
- 부피: 5 × 10⁶ ÷ 1 × 10⁸ = 0.05 mL = 50 µL
- 감염되지 않을 비율 e^(−5) = 0.0067이므로 감염 세포 비율은 99.33%입니다.
| 바이러스 역가 (PFU/mL) | 바이러스 부피 (µL) |
|---|---|
| 2.5e+07 | 200 |
| 5e+07 | 100 |
| 7.5e+07 | 66.66666667 |
| 1e+08 | 50 |
| 1.25e+08 | 40 |
| 1.5e+08 | 33.33333333 |
| 2e+08 | 25 |
결과 해석
대부분의 감염 세포가 입자 하나만 받게 하려면(예: 풀링 CRISPR 스크리닝) 또는 여러 번의 증식 주기를 관찰하려면 1보다 훨씬 낮은 MOI를 씁니다. MOI 0.3에서는 약 26%의 세포가 감염되고 그중 대부분이 입자 하나만 받습니다. 거의 모든 세포를 동시에 한 번에 감염시켜야 하는 단일 주기 실험에는 MOI 5~10처럼 높은 값을 씁니다. 원하는 실험 목적에 맞는지 감염 비율로 확인하시기 바랍니다.
흔한 실수
- 물리적 입자 수나 유전체 사본 수(vg/mL 등)를 감염성 역가처럼 쓰는 경우
- 감염 시점이 아닌 분주 시점의 세포 수를 쓰는 경우(그사이 세포가 분열합니다)
- mL와 µL 사이의 1,000배를 빠뜨리는 경우
- 한 세포주에서 잰 역가를 감수성이 다른 세포에 그대로 적용하는 경우
자주 묻는 질문
MOI 1인데 왜 모든 세포가 감염되지 않나요?
입자가 무작위로 퍼지기 때문에, 평균이 1이어도 e^(−1) ≈ 37%의 세포는 하나도 받지 못합니다.
계산된 부피가 너무 작아 피펫으로 옮기기 어렵다면요?
배지로 1:10 같은 중간 희석액을 만든 뒤 계산 부피의 10배를 넣으시면 됩니다.
입자를 정확히 하나만 받는 세포는 얼마나 되나요?
푸아송 모형에서는 MOI × e^(−MOI)이며, MOI 5에서는 약 3.4%에 불과합니다.
출처: E. L. Ellis and M. Delbrück, "The growth of bacteriophage", Journal of General Physiology 22, 365–384 (1939) · D. M. Knipe and P. M. Howley (eds), Fields Virology, Lippincott Williams & Wilkins