생명공학 입문, DNA 염기서열 분석법

생명공학, 바이오공학은 이 21세기를 이끌어 갈 선도적인 학문이라고 생각하며, 이 학문은 유전자에서부터 DNA, 단백질, 미생물등 작은 것부터 시작하여 분자까지의 개념까지 포괄하는 학문이다

DNA는 염기 서열(DNA Base Sequencing)을 해석하는데에 부터 시작된다

DNA 복사에서 클로닝된 유전자에 암호화되는 단백질 아미노산의 서열을 추정하기 위해서 결정하였다면, 내가 탐구하고 싶은 유전자의 구조를 정확히 확인하고 결정해야한다

그 후, 프로모터 서열의 조절 인자를 확인한 후 유전자 스플라이싱에 의해 생성되는 유전자 차이를 확인하며 이를 통한 유전자 돌연변이들을 확인해 DNA 염기 서열을 하는 것이다

이러한 DNA 염기서열의 해석 방법에도 여러가지가 있다

PCR 사이클 염기서열 해석, 컴퓨터 자동화 DNA 염기서열 해석등이 있다

PCR이란, 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction;PCR)의 약자이다

컴퓨터 자동화 DNA 해석은 형광 표지가 된 ddNTP를 사용하거나 5'(5 프라임) 말단에 색소가 표지된 프라이머를 사용해 검출기와 레이저로 색소의 편광을 해석하는 방법이다

또한 형광 제자리 혼성화(FISH, Fluorescence in situ hybridization)는 염색체가 유전자를 가진 것인지 확인하는 방법이다

염색체가 백혈세포로 분리되고, 유전자가 dDNA 탐침으로 형광 뉴클레오타이드에 표지되어 배양시킨다

이후 핵형 복사를 거친 유전자가 변성과 혼성화로 같은 유전자 과(Familty)인지 복사체와 확인하는 것이다

또한 서던 블롯팅(Southern blot analysis)은 유전자 지도, 유전자 과(Familty)를 확인해 유전적인 돌연변이를 검출하며 PCR의 산물을 확인하며 DNA 핑거프린팅(dna fingerprinting)을 확인할 수 있는 방법이다

이 서던 블롯팅의 방법은 대략 5개의 순서로 나타낼 수 있다

1. DNA 시료와 제한효소를 섞어 원하는 DNA를 절단시킨다

2. 전기영동을 시켜 DNA를 사이즈별로 나열시킨다

3. 단일나선으로 변성후 여과지에 복사한다

4. 원하는 DNA와 DNA 탐침제조후 방사선 동위원소로 표지한다

5. DNA 혼성후 X선 필름으로 방사선 동위원소로 표지된 곳을 확인한다

이후, 노던 블롯팅과 웨스턴 블롯팅이란 방법이 발전하게 되었는데 노던 블롯팅은 RNA이며 웨스턴 블롯팅은 단백질을 이용하는 것이다

역전사 PCR(Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction, RT-PCR)은 RNA를 cRNA로 유전자에 프라이머를 제공한 후 증폭시켜 DNA 단편으로 아마로스 겔에서 전기영동을 시키는 것이다

실시간 정량 PCR(곧 PCR,Real Time PCR, RT-PCR)은 DNA 색소로 PCR을 증폭시켜 판독하는 방법이다

제자리 혼성화(in situ hybridization)는 특정 mRNA를 발현시키는 것이며 세포 형태 결정을 확인하는데에 사용한다

유전자 마이크로어레이(Microarray)는 mRNA로 형광물질 표지후 역전사로 cDNA를 제작, DNA와 혼성화후 칩과 같이 넣어 발현도를 측정하는 것이다

이후 단백질 발현과 정제로는 이중가닥 RNA를 다이서 효소로 siRNA로 만든 후 RISC단백질과 합쳐 단일가닥으로 제조해 세포질에서 mRNA의 전사를 방해하던가 DNA와 결합하여 방해하던가 mRNA를 분해하는데에 사용할 수 있으며 이로 부위 특이적 돌연변이 유발을 검사할 수 있는 방법으로도 진화하게 된다

이러한 DNA 염기서열 분석에는 대부분 형광물질을 표지하여 검사하는 방법이다

단순히 어떻게 더 빨리할 수 있는지의 차이이기 때문에 시대가 지날수록 이 속도는 점점 더 빨라질 것이라 생각한다 필자는 이를 생명공학도 무어의 법칙을 따를 수 있다고 생각한다

그 예시로 인간의 게놈프로젝트(Human Genome Project, HGP)로 들 수 있다고 생각한다