유전자 가위로 돌연변이 검출해 암 조기 진단한다

카이스트 박현규 교수팀

카이스트(KAIST) 박현규(사진·생명화학공학과) 교수 연구팀이 유전자 가위 기술을 이용해 표적항암 치료에 필수적인 유전자 돌연변이를 찾아내는데 성공했다.

11일 박 교수팀에 따르면 일반적으로 유전자 돌연변이 검출에는 중합효소 연쇄반응(PCR) 검사가 활용된다. DNA의 짧은 조각인 ‘프라이머’ 물질을 이용해 유전자를 증폭시킨 뒤 시퀀싱(DNA의 염기서열 순서를 분석하는 기술) 등을 거쳐 돌연변이를 찾아내는 원리다.

하지만 검출 특이도가 낮고 절차도 복잡하다는 단점이 있다.

연구팀은 30분 이내에 최대 1억 배의 표적 핵산을 증폭시킬 수 있는 ‘엑스파’(EXPAR) 등온 증폭 반응과 유전자 가위 기술을 결합해 높은 검출 민감도로 유전자 돌연변이를 찾아내는 데 성공했다.

유전자 가위는 인간·동식물 세포의 특정 염기서열을 찾아내 해당 부위 DNA를 교정하는 편집 기술이다.

교정해야 할 표적 DNA를 찾아주는 ‘가이드 RNA’와 표적 부위를 실제로 자르는 절단 효소로 나뉜다.

연구팀은 카스나인(Cas9)을 절단 효소로 하는 유전자 가위 ‘크리스퍼-카스나인’을 이용, 유전자 돌연변이의 양 끝단을 절단했다. 이는 PCR 반응에서 프라이머와 같은 기폭제 역할을 해 엑스파 반응을 일으킨다.

엑스파 반응 생성물에 의해 형광 신호가 발생하도록 설계함으로써 표적 유전자의 돌연변이를 고감도로 검출해낼 수 있다.

검출 민감도는 437aM(아토몰.10의18제곱분의 1몰) 정도로 높고, 측정에 걸리는시간도 30분 이내로 기존 기술 대비 절반에 불과하다.

연구팀은 이 기술을 이용해 DNA 내 폐암과 관련된 바이오 마커(생체 표지 인자)인 ‘HER2’와 ‘EGFR’ 유전자 돌연변이를 찾아내는 데 성공했다.

박 교수는 “표적 항암제의 치료 가능성을 확인하기 위한 유전자 돌연변이 검사에 활용할 수 있고, 기존 기술보다 절차가 간단하고 비용도 저렴해 조기 진단과 환자 맞춤형 치료에도 기여할 것”이라고 말했다.

카이스트 송자연·김수현 박사가 공동 제1 저자로 참여한 연구 결과는 영국 왕립화학회가 발행하는 국제 학술지 ‘나노스케일’(Nanoscale) 지난달 14일 자 표지논문으로 실렸다.

대전=임정재 기자 [e-mail]