[지금은 과학] PCR보다 빠르게 DNA 미세변이 찾아낸다

[아이뉴스24 정종오 기자] 중합효소연쇄반응(PCR)보다 빠르게 DNA 미세변이를 잡아낼 수 있는 센서기술이 개발됐다. 이 방법을 응용하면 감염병 검진, 각종 질병 진단 등 다양한 유전체 분석에 확장할 수 있는 실마리가 될 것으로 기대된다.

우리 세포 하나에 존재하는 이중나선 형태의 30억 개 염기쌍. 여러 요인에 의해 염기가 변할 수 있다. 어떤 위치에서는 염기 하나의 변이가 약물 과민성이나 질환으로 이어지기도 한다.

PCR을 이용한 증폭과정 없이도 이 같은 단일염기 차이를 빠르게 포착할 수 있는 기술이 소개됐다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 한국과학기술연구원 이효진 박사, 고려대 최정규 교수 등 공동연구팀이 유전자 변이에 의한 단일염기 차이를 빠르게 읽을 수 있는 광학센서 기술을 개발했다고 23일 발표했다.

연구팀은 실제 혈액응고 지연 약물에 대한 반응성 차이의 원인으로 알려진 단일염기 차이를 기존 방식과 비교했을 때 최소 3배가량 빠르게 포착하는데 성공했다.

기존에는 염기 하나의 변이를 찾기 위해 염기서열을 하나하나 분석하거나 유전자를 증폭하는 PCR 과정이 이용됐다. 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 증폭 후에도 긴 유전자 가닥 중 한 개의 염기 차이를 구분하는데 한계가 있었다.

연구팀은 까다로운 효소 증폭 기술에 기반을 둔 염기서열 해독에서 탈피해 더 빠르고 더 민감한 단일염기 변이 검출기술을 설계했다.

핵심은 금나노입자와 자성입자를 이용한 선택적 단일염기 인식과 서열치환 나노기술, 위치 특이적 하이드로겔 형광신호 발생을 이용한 광학기술로 시간을 단축하면서 민감도는 높인 것이다.

먼저 표적서열과 결합할 수 있는 금나노입자와 자성입자를 이용해 자석으로 원하는 표적서열만 추출하는 방식으로 증폭과정을 대신했다.

네 종류의 염기마다 하이드로겔 내 서로 다른 위치에서 형광신호를 생성하게 함으로써 염기서열을 읽지 않고도 광학현미경으로 염기 차이를 쉽게 확인할 수 있도록 했다.

이효진 박사는 “단일염기서열의 차이를 선택적으로 인식하도록 디자인된 DNA가 도입된 금 나노입자와 자성입자를 통해 시료 내 특정 염기서열을 1차적으로 인식한다”며 “이후 선택적으로 분리된 금나노입자에 부착돼 있었던 유전자를 떼어 내 하이드로젤 형광입자에 흘려보내면 꺼져있던 형광신호가 표적 해당 위치에 맞게 선택적으로 되살아나도록 했다”고 원리를 설명했다.

연구팀은 이 방법이 감염병 검진, 각종 질병 진단 등 다양한 유전체 분석에 확장할 수 있는 실마리가 될 것으로 기대하고 있다.

연구 성과(논문명: Multiplex SNP genotyping using SWITCH : Sequence-specific nano particle With Interpretative Toehold-mediated sequence deCoding in Hydrogel)는 나노바이오 분야 국제학술지‘스몰(Small)’에 12월 19일 온라인으로 실렸다.