국내 연구진, 유전자 변이 고감도 검출 신기술 개발
국내 연구진, 유전자 변이 고감도 검출 신기술 개발
  • 오지혜 기자
  • 승인 2021.05.11 15:13
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카이스트 연구진, 크리스퍼 가위기술 활용…증폭효율 10만배 높여
박현규 교수

국내 연구진이 크리스퍼 유전자 가위 시스템을 이용해 유전자 돌연변이를 검출하는 신기술을 개발했다.

카이스트(총장 이광형)는 생명화학공학과 박현규(사진) 교수 연구팀(송자연, 김수현 박사 공동 제1 저자)은 이같은 내용의 논문을 국제학술지 '나노스케일'(Nanoscale) 2021년 15호 표지 논문으로 지난달 14일 실렸다. 

일반적으로 유전자 돌연변이를 검출하기 위해 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 이용한다. 하지만 현재까지 개발된 유전자 돌연변이 검출기술들은 낮은 특이도, 낮은 검출 성능, 복잡한 검출 방법, 긴 검출 시간 등의 단점이 적지 않다.

연구팀은 이러한 기술의 한계를 극복하기 위한 방법으로 크리스퍼 시스템을 활용해 검출 특이도를 높이고 엑스파 등온 증폭 반응을 통해 검출 민감도를 크게 향상시켰다. 이에 표적 유전자 돌연변이를 고감도로(검출 한계 437aM(아토몰라)) 30분 이내에 검출하는 데 성공했다. 기존 기술 대비 증폭효율은 약 10만 배 증가했고 검출 시간 약 50% 감소했다.

연구팀은 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 시스템으로 유전자 돌연변이의 양 끝단을 절단해 엑스파 반응을 구동시키고 이 반응 생성물을 통해서 형광 신호가 발생하도록 설계함으로써 표적 유전자 돌연변이를 고감도로 정확하게 검출했다.

이 기술로 염색체 이중가닥(DNA) 내 HER2와 EGFR 유전자 돌연변이를 성공적으로 검출했다. 이러한 유전자 돌연변이는 유방암 및 폐암의 발생에 관여할 뿐 아니라 특정 치료 약제에 대한 반응을 예측하기 위해서 대표적으로 활용되는 중요한 바이오 마커다.

박현규 교수는 "이번 기술은 크리스퍼 시스템에 의해서 구동되는 엑스파 반응을 이용하여 암 등 다양한 질병에 관여되는 유전자 돌연변이를 고감도로 검출함으로써 다양한 질병을 조기 진단하고 환자 맞춤형 치료를 구현하는 데 크게 활용될 수 있다ˮ고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 중견연구자지원사업과 글로벌 프런티어지원사업의 일환으로 수행됐다.  
 

CRISPR-Cas9 시스템에 의해 구동되는 EXPAR 반응을 이용한 표적 유전자 돌연변이 검출기술의 모식도 (영국왕립화학회 [Royal Society of Chemistry]에서 발간하는 국제학술지인 Nanoscale의 2021년 15호의 표지)
크리스퍼 시스템에 의해 구동되는 엑스파 반응을 이용한 표적 유전자 돌연변이 검출기술의 모식도 [사진=카이스트]

 


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