▲왼쪽부터 서울대 전기·정보공학부 김성재 교수, IBS 유전체 교정 연구단 김진수 단장,

제주대 생명화학공학과 이효민 교수, 서울대 전기·정보공학부 최지혜 대학원생, 서울대 화학부 정의환 대학원생

타겟 유전자를 검출하는 새로운 나노전기수력학적 검출법이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

서울대 공대(학장 차국헌)는 전기·정보공학부 김성재 교수팀, IBS 유전체 교정 연구단 김진수 단장 연구팀, 제주대 생명화학공학부 이효민 교수팀의 공동 연구진이 타겟 유전자를 손쉽게 검출하는 새로운 검출 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

이 기술은 나노전기수력학적 현상인 이온농도분극 현상을 이용한 새로운 검출 기작을 정립해 CRISPR/dCas9 단백질에 응용함으로써 타겟 유전자를 손쉽게 검출하는 기술이다.

현재 유전자 진단 기술로 널리 쓰이고 있는 중합효소연쇄반응(PCR)은 복제를 통해 유전자를 진단하는 기술 자체의 내재적 오류와 다소 높은 검사 비용이 문제로 지적되어 왔다. 이로 인해 유전 정보를 활용한 질병 진단과 모니터링에 걸림돌이 되어 왔다.

이에 공동 연구팀은 먼저 마이크로채널 내부 나노다공성막 근처에서 일어나는 이온농도분극 현상을 이용한 분리-농축법의 명확한 특성을 수식화했다. 그리고 특정유전자를 포획하는 CRISPR/dCas9 단백질이 샘플과 결합할 때 전기 이동도가 느려지는 것에 착안해 PCR을 사용하지 않고도 타겟 물질을 정밀하게 검출할 수 있게 했다.

이는 유전자 가위기술과 나노전기수력학 기술을 접목시킨 신융합기술로 평가받는다. 타겟 유전자의 존재 여부를 임신 진단킷처럼 가시화해 검출 여부를 단시간 내에 판단할 수 있도록 했다. 그 결과 저렴한 비용으로 더욱 빠르고 정확한 유전자 진단이 가능해졌다.

서울대 김성재 교수는 “이번 연구가 현장현시검사 및 비침습적 개인 맞춤의학진단 기술 발전에 큰 도움이 되길 바란다”며, “현재 공동 연구팀은 이 기술을 활용해 혈액암 진단을 위한 새로운 플랫폼을 개발 중”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 나노기술 분야 최고 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 12월 15일자로 게재됐다. 이 연구는 과학기술정보통신부 기초연구실 사업과 보건복지부 질환극복기술개발 사업 및 서울대 정보기술사업단 BK21사업의 지원으로 수행됐다.

[참고자료]

Nano Letters: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b03224

▲ 미세유체역학 장치 기반으로 이동도가 높은 dCas9-DNA 결합에는 나노막 근처에 농축되고
미결합된 DNA는 나노막으로부터 멀어지며 농축되는 신검출법의 개념도

▲ 샘플 DNA가 dCas9 단백질에 결합되면 두 줄의 신호가 검출되지만 (우), 결합되지 않으면 한 줄의 신호만 검출 (좌).