[위즈뉴스] 우리 몸 속의 세포 하나에는 이중나선 형태의 염기 쌍이 대략 30억 개가 존재한다.
이 염기는 여러 요인에 의해 변할 수 있는데, 어떤 위치에서는 염기 하나의 변이가 약물 과민성이나 질환으로 이어지기도 한다. 이러한 가운데 중합효소연쇄반응(PCR)을 이용한 증폭과정 없이도 이같은 단일염기 차이를 빠르게 포착할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 소개됐다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 23일, 한국과학기술연구원(KIST) 이효진 박사와 고려대 최정규 교수 등 공동연구팀이 유전자 변이에 의한 단일염기 차이를 빠르게 읽을 수 있는 광학센서 기술을 개발했다고 밝혔다.
나아가 연구팀은 실제 혈액응고 지연 약물에 대한 반응성 차이의 원인으로 알려진 단일염기 차이를 기존 방식 대비 최소 3배가량 빠르게 포착하는데 성공했다.
이번 연구성과를 담은 논문은 나노바이오 분야의 SCI급 저명 국제학술지 ‘스몰(Small, IF=13.281)’ 12월 19일 온라인판에 게재됐다.
논문명은 'Multiplex SNP genotyping using SWITCH : Sequence-specific nano particle With Interpretative Toehold-mediated sequence deCoding in Hydrogel'이며, KIST 이효진 박사와 고려대 최정규 교수, KIST 최낙원 박사가 공동교신저자로, KIST 최웅선 연구원과 KIST 박은혜 연구원이 공동제1저자로 참여했다.
연구팀의 이효진 선임연구원은 "핵산은 생물학적 기능을 하는 단백질을 코딩하는 물질로 단일 염기 서열의 변이만으로도 약물에 대한 신체 반응성을 조절하거나, 생명에 치명적인 질병을 유발할 수 있다고 알려져 있다"며 "질병의 원인분석이나 효과적인 치료를 위해 이러한 단일 핵산 염기 다형현상(SNP, 이하 SNP라고 표기)을 빠르고 정확하게 찾아내기 위해 많은 노력들이 이루어졌다"고 말했다.
이어 "(이번 연구에서) 핵산 검출 분야에서 가장 도전적이라 할 수 있는 SNP를 성공적으로 검출한 만큼 감염병 진단, 암 진단, 유전체 관련 질병 진단 등 다양한 핵산 검출에 범용적으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
기존에는 염기 하나의 변이를 찾기 위해 염기서열을 하나하나 분석하거나 유전자를 증폭하는 PCR 과정이 이용되기 때문에 시간이 상당히 소요된다. 또, 증폭 후에도 긴 유전자 가닥 중 한 개의 염기 차이를 구분하는데 한계가 있었다.
이에 연구팀은 까다로운 효소 증폭 기술에 기반한 염기서열 해독 에서 탈피해, 더 빠르고 더 민감한 단일염기 변이 검출 기술을 설계했다.
핵심은 금나노입자와 자성입자를 이용한 선택적 단일염기 인식 및 서열치환 나노기술과 위치 특이적 하이드로겔 형광신호 발생을 이용한 광학기술로 시간은 단축하면서 민감도는 높였다.
먼저 표적서열과 결합할 수 있는 금나노입자와 자성입자를 이용해, 자석으로 원하는 표적서열만 추출하는 방식으로 증폭과정을 대신했다.
나아가 네 종류의 염기마다 하이드로겔 내에 서로 다른 위치에서 형광신호를 생성하게 함으로써 염기서열을 읽지 않고도 광학현미경으로 염기 차이를 쉽게 확인할 수 있도록 했다.
[그림설명] Toehold 매게 DNA 치환 기술을 이용한 단일 염기서열 변이 검출
연구팀의 이효진 박사는 “단일염기서열의 차이를 선택적으로 인식하도록 디자인된 DNA가 도입된 금 나노입자와 자성입자를 통해 시료 내 특정 염기서열을 1차적으로 인식하며, 이후 선택적으로 분리된 금나노입자에 부착되어 있었던 유전자를 떼어 내어 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 기대한다"고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노 및 소재기술개발사업 등의 지원으로 수행됐다.
