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광산란 현상을 이용한 섬세한 DNA 분석
2017-07-19 14:22:23
Justin Johnson |권기태

서울대 남좌민 교수 연구진이 매우 소량의 DNA를 검출하는 데 효소복제와 신호 증폭을 사용하지 않고 위양성 반응이 나타날 위험이 없는 새로운 방법을 고안했다. 이는 각 염기가 결합되는 때를 검출하는 것이다.

DNA와 같이 작은 크기의 생체 분자 관찰은 금의 나노 입자들의 연결과 분리를 관찰하는 것에서 출발하는데 새롭게 도입된 역동적인 기술을 통해 가능하게 된 것이다.

어떤 DNA 서열이 있다면 두 개의 나노 입자가 가역적으로 결합된다. 이 현상은 빛의 산란이 변화하는 것을 통해 실시간으로 관찰할 수 있다. 이 방법을 이용하여 실제 신호와 잡음을 구별할 수 있고, 각 염기의 편차를 검출할 수 있다.

매우 작은 농도의 생체 분자를 검출하고 정량화하는 것은 조기 및 정밀 진단, 암 치료 모니터링, 법의학을 이용한 조사, 그리고 생화학 무기를 위한 민감성이 매우 높은 실험 등에 사용되는 데 있어 그 중요성이 점점 더 높아지고 있다.

이를 위해 현재 사용되는 방법에는 중합효소 연쇄 반응, 줄여서 PCR이라고 부르는 방법이 있으며, DNA의 효소적 복제본을 사용하는 것이 그 원리다.

PCR은 어느 정도의 장점이 있기도 하지만 단점도 존재한다. PCR 이용 시 조금이라도 불순물이 섞이게 되면 위조된 양성반응이 나타나게 된다.

DNA의 염기는 분리되었다가 다시 서로 결합하기를 지속적으로 반복하기 때문에 이를 이용하면 관찰할 수 있는 결과의 수가 배로 많아지고 불특정한 신호가 잡히는 경우도 최소화할 수 있다.

결합-해리 나노이합체 분석법(ADNA)로 불리는 이 방법은 암시야 현미경검사법을 이용하여 금 나노입자에 의해 빛이 산란되는 정도를 측정하는 방법이다.

2개의 나노 입자가 결합되면 각 입자들의 진동 또는 플라즈몬이 결합하여 이합체가 된다. 이는 실시간으로 감지되는 산란광의 강도와 색상을 변화시키는데, 이 역동적인 현상에서 이합체가 해리되는 것을 관찰하는 것이 DNA를 검출하는 데 있어 핵심이다.

금 입자가 해리되는 운동 역학적 과정은 완벽하게 일치하는 DNA와 단일 변경된 염기를 가진 DNA에서 현저하게 다르게 나타난다.

인간 혈청 샘플과 같은 다른 DNA가 존재하는 경우에서 실험을 실시한 경우에도, 초저농도의 표적 DNA를 선택적으로 검출하고 이를 신뢰할 수 있는 정도로 정량화할 수 있었다. 해당 실험에 사용된 실험 조건에서는 검출 한계가 46개의 DNA 복제본이었다.


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