초고밀도 나노채널 이용한 SNP의 고감도 검출

내 체형에 딱 맞는 옷을 입듯, 내 체질과 질병에 딱 맞는 약을 찾을 수 있는 ‘맞춤 의료’ 시대가 다가오고 있다. 환자 별로 적합한 감기약을 찾는 것은 물론, 암 환자에게 투여하는 새로운 항암제의 효과를 투여 전 미리 파악할 수 있고, 의료사고의 3%가 사망하는 혈액응고방지제 관련 사고도 막을 수 있는 유전자 정밀 분석 기술이 POSTECH(포항공과대학교) 공동연구팀에 의해 개발됐다.

POSTECH 화학과 김원종 교수․ 박사과정 손세진, 화학공학과 김진곤 교수․박사후 연구원 양승윤씨(현 하버드대 박사후연구원) 팀은 블록공중합체로 만든 초고밀도 나노채널로 복잡한 물리화학적 방법 없이 간단하게 단일염기다형유전자(Single Nucleotide Polymorphism․SNP)를 고감도로 검출하는데 성공, 나노분야의 세계적인 권위지 나노레터스(Nano Letters) 최신 온라인판을 통해 발표했다.

연구팀이 개발한 이 나노채널은 머리카락 굵기의 1만분의 1 수준인 15nm에 불과해 기존의 DNA칩보다 2배 이상 많은 핵산을 고정했고 이러한 나노 채널이 6 x 1011/in2 개의 초고밀도로 배열시켜 검출 정확도를 대폭 향상시켰다.

기존에 사용된 DNA 칩은 한정된 칩 표면에 제한된 수의 핵산을 고정하고, 정지상의 용액을 사용해 분석시간이 길고 온도 등 환경에 민감하다는 단점이 있었다. 특히 분석을 위해서는 비싼 가격의 효소를 이용해야 하기 때문에 경제성이 떨어져 상용화에 큰 걸림돌로 작용되어 왔다.
연구팀은 이 나노채널 속으로 DNA 용액을 연속적으로 투입, DNA간 혼성화반응(hybridization)을 활성화시켜 검출도를 더욱 높였다. 아울러 탐침(probe)을 이중사슬로 새롭게 고안해, 유전자 변이의 유무는 물론 변이의 위치까지 정확하게 검출하는데 성공했다. 이중사슬로 이루어진 탐침을 고밀도 나노채널에 부착시켜 고감도의 SNP 검출에 성공한 것은 POSTECH 연구팀에 의해서 처음으로 시도된 결과이다.

이번 연구는 특히 인간의 유전적 차이인 SNP를 정확하게 분석할 수 있어 환자 개인에 맞는 약물 및 치료 방법을 찾아내는 맞춤의학에 큰 도움이 될 것으로 기대되고 있다.
개인의 유전적 특이성 때문에 90% 이상의 약물이 30~50%의 사람들에게만작용한다는 점을 고려하면 이번 연구성과는 부작용이나 의료사고를 크게 줄이는데 큰 도움이 될 것으로 전망된다.

이 논문의 교신저자인 POSTECH 김진곤 교수는 “이번에 개발된 SNP 검출 시스템은 분석 후 붙어 있는 유전자를 제거해 재활용까지 할 수 있는 장점을 갖추고 있다”고 덧붙이며 “이 연구성과는 유전자 변이 외에도 다양한 바이오 분자의 검출 및 정제에 응용돼 생명과학 전 분야에 활용할 수 있을 것으로 생각한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 교육과학기술부가 지원하는 ‘창의적 연구진흥사업’ 및 ‘의학첨단과학기술융합 사업’의 지원 아래 수행됐다.