“DNA를 이용한 암 진단의 일반화를 앞당기길 기대” 

고려대 나성수, 성균관대 박진성 공동연구팀
국내 최초 유전자 가위 결합 핵산 증폭 기술 이용한
변이 암 DNA 검출 초고민감도 센서 개발

▲ (왼쪽부터) 고려대 기계공학과 고려대 박현준(박사), 류준석(박사),

성균관대학교 바이오메카트로닉스학과 박진성 교수, 고려대학교 기계공학과 나성수 교수

나성수 기계공학과 교수, 성균관대학교 박진성 바이오메카트로닉스학과 교수 공동연구팀은 국내 최초 유전자 가위 기술을 핵산 증폭 기술에 결합하여 변이 암 DNA를 검출하는 기술을 개발하는 데 성공했다.

이번 연구는 한국연구재단(선도연구사업) 지원으로 수행되었으며 연구 결과는 바이오센서 분야 상위 3% 학술지인 Biosensors and Bioelectronics (Impact factor: 12.545)에 2023년 1월 10일 온라인 게재됐다.

논문명: Sensitive and selective DNA detecting electrochemical sensor via double cleaving CRISPR Cas12a and dual polymerization on hyperbranched rolling circle amplification

공동연구팀은 기존의 등온 핵산 증폭 기술인 하이퍼브렌치형 회전환 증폭 (HRCA: hyperbranched rolling circle amplification)기술에 CRISPR Cas12a 유전자 가위를 결합하여 단일 염기 변이 DNA를 전기화학 센서로 검출하는 기술을 개발한 것이다.

■ 하이퍼브렌치형 회전환 증폭 (HRCA): 등온 핵산 증폭법으로 일반 회전환 증폭과는 달리 증폭되는 방향이 여러 방향으로 뻗어나가 핵산 증폭 속도가 빠르다.

■ 유전자 가위(CIRSPR Cas12a) : 유전자 가위는 최근 주목받고 있는 단백질로써, 원하는 서열의 DNA을 자르고 붙이며 유전자 조작이 가능하다.

공동연구팀은 암의 조기 진단과 암 치료 후 변이 및 재발 모니터링을 위하여 암 환자 혈액 속에 존재하는 순환 종양 DNA(circulating tumor DNA)를 고민감도 및 고선택성으로 검출하는 센서 개발 연구를 진행하였다.

▲ 그림 1. Target 암 핵산의 HRCA 증폭 과정과 전기 화학센서의 검출 센싱 메카니즘 모식도.

기존의 암 검사법인 NGS(Next Generation sequencing) 기술은 분석 비용이 많이 들고 검사 시간이 오래 걸려 빠른 암 검사가 어렵다. 특히, 변이가 발생한 암은 주로 단일염기변이(single point mutation or single nucleotide polymorphism)가 발생하는데, 이런 단일 염기 변이는 일반 유전자 검사법인 PCR(polymerase chain reaction)으로는 구별하기 어려워 NGS와 같은 고성능 장비로만 분석할 수 있다.

공동연구팀은 기존의 DNA 증폭 후 유전자 가위를 이용하는 방식에서 벗어나 국내 최초 하이퍼브렌치형 회전환 증폭 (HRCA)기술과 유전자 가위를 결합하여 단일 염기 변이를 구별하는 DNA 증폭 기법을 개발하였다.

단일 염기 변이만 최종적으로 구별되어 증폭된 수많은 DNA 가닥은 전기화학센서 표면의 probe DNA와 결합하여 저항이 증가한다. 공동연구팀은 암 변이 DNA를 10 aM(atto molar, 10-18) 농도로 검출하는 데 성공했으며, 단일 염기 변이는 0.01%의 비율에서도 검출할 수 있음을 보여주었다.

나성수 교수는 “이 연구를 통하여 DNA를 이용한 암 진단의 일반화를 앞당기고 앞으로 일반 병원이나 보건소에서도 활용되길 기대한다”라고 밝혔다.

커뮤니케이션팀 최원석(won7301@korea.ac.kr)