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나노 기술을 활용한 DNA 염기서열 분석법(DNA Sequencing) 개발

기사승인 2017.09.14  19:42:27

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▲출처=셔터스톡

기존보다 더 긴 DNA의 염기서열을 저렴한 비용으로 분석하는 기술이 개발돼 유전공학계의 관심을 모으고 있다.  

미 매사추세츠주 보스턴의 노스이스턴대(Northeastern University)와 캘리포니아주 퍼시픽생명공학(Pacific Biosciences, PacBio)사 연구팀은 DNA나 나노기공술과 팩바이오에서 설계한 분석유닛을 사용하여 기존보다 더 긴 DNA를 싼값에 분석하는 게 가능해졌다고 밝혔다.

미 국립게놈연구소(National Human Genome Research Institute)는 3년간 연구비 82만5,000달러(약 9억 3,000만원)을 지원했으며 연구 결과는 네이처 나노공학저널(Journal of Nature Nanotechnology)에 게재됐다.

인간 DNA는 약 600만개의 유전자로 구성된 23개의 염색체 쌍으로 구성된다. 유전공학자들은 이미 게놈의 중요한 부분을 분석했지만 아직 서열을 전부 파악하지는 못했다.

그러나 이번에 개발된 분석법으로 전체 서열을 확인하는 길이 열릴 것으로 기대된다.

유전공학 전문가들은 이번 분석법 개발이 올해 가장 획기적인 사건 중 하나이며 앞으로 이 기술을 토대로 수많은 질병의 예측이 가능해질 것이라고 예상했다.

실험에서 연구팀은 나노기공술을 바탕으로 하이브리드 나노포어(hybrid nanopore) 및 제로모드 웨이브가이드(zero-mode waveguide, ZMW)의 양쪽을 구성하여 이를 바탕으로 최소 분석 단위에서 DNA를 로드했다.

그 후 연구팀은 DNA의 염기서열을 분석, 판독하였으며 그 결과 ZMW가 활성 상태이며 작동하는 것을 증명했다.

또한 새로운 분석법이 기존보다 적은 DNA 입력으로도 분석이 가능하다는 것을 확인했다.

연구를 주도한 노스이스턴대 물리학자 메니 와누누 교수는 "기술은 여전히 ​​검증단계"라고 말했다.

연구팀은 실험에 적용된 나노기공술을 가다듬으면서 더 정확한 결과를 보여주는데 초점을 맞추고 있다. 와누누 교수는 이제 RNA를 직접 분석하는 솔루션 개발에 집중하고 있다고 밝혔다.

연구의 주요 저자 조 라킨(Joe Larkin) 박사는 “이 시스템은 완전히 새로운 DNA 분석을 가능하게 한다”며 연구의 일등공신인 나노 우물(nano-wells)을 소개했다.

나노 우물은 이번 연구에서 단일 분자 DNA 분석을 위해 특별히 설계됐다. 이것은 분석 신호를 해석하는 동시에 단일 분자 서열분석을 가능하게 한다. 

연구팀은 현재 나노 우물을 대체할 수 있는 보다 효율 좋은 ‘다공성 나노 기판’을 개발하고 있다.

와누누 교수는 이 기술을 활용하여 앞으로 ZMW 디자인의 규모를 더욱 증대시킬 계획이다.

아울러서 "DNA 사본 없이 단일 세포에서 모든 핵산 분자를 분석하여 원시 DNA를 판독해내는 플랫폼의 제작이 목표"라며 포부를 밝혔다.

그러나 본격적인 DNA 분석이 시작되려면 앞으로 더 시간이 필요할 것으로 보인다.

PacBio의 최고 과학 책임자 조나스 코를라흐(Jonas Korlach) 박사는 이 연구에 대해 “아직 SMRT 시퀀싱 플랫폼의 상업적 구현 또는 활용을 염두에 두지는 않았다”고 밝혔다.

와누누 교수는 본 연구의 공동 목적은 더 긴 DNA 분자를 분석하는 동시에 DNA를 더 효율적으로 입력하는 방법을 찾아내는 것이라고 설명했다.

그러면서 "지금은 DNA 분석이 거대한 수수께끼를 푸는 것과 같지만 앞으로는 막대한 경제적 이익이 있을 것”이라고 강조했다.

Cedric Dent|이찬건 기자 stoneherd@gmail.com

<저작권자 © 메디컬리포트 무단전재 및 재배포금지>
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