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영상 기술과 ‘유전자 가위’ 접목해 DNA 지도 완성한다


▲ 출처=셔터스톡

미국 버지니아 코먼웰스 대학 연구팀이 새로운 나노 촬영기술을 개발해, 질병 진단 방식과 질환을 일으키는 유전자 변이를 파악하는 방식이 혁신될 것으로 기대되고 있다.

연구팀은 고속 원자력현미경(AFM)에 ‘유전자 가위’로 불리는 ‘크리스퍼(CRISPR) 유전자 편집 기술에 기반한 화학물질을 응용한 바코딩 기술을 접목시켜 DNA 지도 완성 속도를 높이는 데 성공했다.

사람의 게놈에는 수십억 개의 DNA 염기쌍이 있으며, 세포가 분화할 때마다 DNA를 새로운 세포에 복제한다. 이 때 DNA가 잘못 복제되거나 잘못된 장소로 복제되면 유전자 변이가 발생해, 암 등 질환으로 이어진다.

이에 따라 DNA 분석은 유전자 변이를 파악하는 데 필수적이다. 하지만 이를 위해서는 컴퓨터 소프트웨어를 활용해 수백만 개의 시퀀스를 모두 붙이는 작업이 필요했다. 이것 자체로 혁신적인 발전이지만, 매우 비용이 많이 들고 여러 가지 기능적 한계가 있다는 단점이 있다.

염기쌍 수십만 개를 분석해야 DNA 지도를 완성할 수 있었던 생체의학적 촬영 기술과는 달리, 새로운 기술로는 수십 개의 염기쌍만으로도 DNA 지도를 완성할 수 있다. 게다가 고속 원자력현미경으로 최대 백만 개 염기쌍의 이미지를 재현해낼 수 있다. 이로 인해 시퀀싱 과정이 훨씬 간단해진다.

원자력현미경 기술은 1989년 IBM이 처음 개발했다. 미세 바늘로 이미지를 재현해내는 기술이다. 하지만 의학 부문에 응용하기에는 속도가 너무 느리다는 단점이 있었다. 하지만 고속 원자력현미경은 광학 기계가 접목돼 미세 바늘과 관찰 대상인 분자 간 상호 작용이 훨씬 빠르다. 촬영 정밀도는 그대로 유지하되 속도는 천 배 정도 끌어올린 것이다.

이후 연구팀은 DNA의 유전자 변이를 파악하기 위해 크리스퍼 기술을 활용해 화학물질 바코딩 기술을 접목했다. 이에 따라 유전자 패턴과 이상을 파악할 수 있게 됐다.


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