우리 세포 하나에 존재하는 이중나선 형태의 30억 개 염기쌍. 여러 요인에 의해 염기가 변할 수 있는데 어떤 위치에서는 염기 하나의 변이가 약물 과민성이나 질환으로 이어지기도 한다.
이 가운데 중합효소연쇄반응(PCR)을 이용한 증폭과정 없이도 이같은 단일염기 차이를 빠르게 포착할 수 있는 기술이 소개됐다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 한국과학기술연구원 이효진 박사, 고려대학교 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.
기존에는 염기 하나의 변이를 찾기 위해 염기서열을 하나하나 분석하거나 유전자를 증폭하는 PCR 과정이 이용되기에 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 탈피, 더 빠르고 더 민감한 단일염기 변이 검출기술을 설계했다.
핵심은 금나노입자와 자성입자를 이용한 선택적 단일염기 인식 및 서열치환 나노기술과 위치 특이적 하이드로겔 형광신호 발생을 이용한 광학기술로 시간을 단축하면서 민감도는 높인 것이다.
먼저 표적서열과 결합할 수 있는 금나노입자와 자성입자를 이용, 자석으로 원하는 표적서열만 추출하는 방식으로 증폭과정을 대신했다.
나아가 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 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 기대하고 있다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노 및 소재기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 나노바이오 분야 국제학술지‘스몰(Small)’에 12월 19일 온라인 게재되었다.
