연세대 신용 교수팀, 돌연변이 유전자 저렴하고 정확하게 검출하는 기술 개발

연세대학교는 생명공학과 신용 교수 연구팀이 DNA 기반의 나노구조체 센서를 통해 돌연변이 유전자를 저렴하면서도 정확하게 감지하는 방법을 개발했다고 15일 밝혔다.

유전자 변이는 종양을 포함한 질환에 대한 취약성과 노화, 약물 반응 등 다양한 유전적 특성을 파악하는 데 중요한 요소다. 그 중 단일염기 다형성(SNP)은 가장 흔한 변이 유형 중 하나다.

기존의 유전자 변이 식별 기술로는 차세대 시퀀싱(NGS), 형광 프로브 기반 분석 등이 있다. 하지만 이 기술은 고가의 장비와 전문 지식이 요구된다. 자원이 제한된 환경에서는 사용하기 어렵다.

이런 한계를 극복하기 위해 신 교수 연구팀은 핵산을 활용해 DNA 기반의 나노구조체 센서를 개발했다. 이 센서는 구조체 위에 특정 유전자 서열을 감지하려고 배치된 검출 가닥이 있다. 타깃 염기서열이 있을 때 센서의 구조가 변환돼 겔 전기영동만으로 다중 검출이 가능하다. 기존의 복잡한 장비 없이도 유전자 변이를 감지할 수 있다.

연구 결과, 검출하려는 염기서열이 존재할 때 DNA 기반 나노구조체 센서는 비특이적 결합을 방지하는 결합 페널티를 도입해 다양한 SNP 유형을 높은 특이도로 구분할 수 있다. 또한 비대칭 증폭 기술을 접목해 기존엔 탐지할 수 없었던 이중 가닥 DNA에서 단일 염기 돌연변이도 효과적으로 감지할 수 있게 됐다.

이 센서는 핵산으로 이뤄져 있어 보관이 쉽고, 검사 비용이 0.4달러 수준으로 저렴하다. 또한 간단한 시약 혼합과 겔 전기영동만으로 직관적인 돌연변이 다중 검출이 가능해 자원이 제한된 환경에서도 손쉽게 활용할 수 있다는 게 장점이다.

연구팀은 개발된 센서의 임상적 유용성을 검증하기 위해 서울아산병원 대장항문외과 임석병 교수팀과 협업해 70명의 대장암 환자 시료에서 항암제 내성과 관련한 돌이변이된 단백질(KRAS) 유형을 조사했다. 그 결과 기존 염기서열 분석법과 비교해 98.57%의 민감도와 95.71%의 특이도로 주요 KRAS를 정확하게 탐지하며 임상 환경에서의 적용 가능성을 입증했다.

신 교수는 "저비용으로 여러 유전자 변이를 진단할 수 있는 DNA 기반의 센서를 개발했다"며 "앞으로 병원체 다중 검출을 비롯해 다양한 유형의 질환군 다중 검출 기술로 확대 적용할 수 있다"고 말했다.

이번 연구 논문은 화학공학 분야의 세계적 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 지난 15일 게재됐다. 신용 교수가 교신저자, 서울아산병원 임석병 교수가 공동저자, 연세대 이은영 박사과정생이 제1저자로 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자사업의 지원을 받아 수행됐다.