유전자 바이오 마커, 새로운 방식으로 대폭 개선
유전자 바이오 마커, 새로운 방식으로 대폭 개선
  • 강지희
  • 승인 2019.11.22 17:00
  • 조회수 1253
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연구팀은 화학적인 접근방식을 택했다. 출처: pixabay
연구팀은 화학적인 접근방식을 택했다. 출처: pixabay

성균관대학교 화학공학ㆍ고분자공학부 엄숭호 교수 연구팀이 등온 조건에서 암 핵산 바이오 마커의 검출 효율을 혁신적으로 개선할 접근방식 및 시스템을 개발했습니다. 바이오 마커의 검출 과정을 화학반응의 역학적 관점에서 고찰한 이번 연구는 핵산 바이오 마커의 검출 한계를 근본적으로 대폭 개선했습니다. 뿐만 아니라 탐침과 타겟의 상호 반응을 수반하는 모든 시스템에서의 적용 가능성도 제시했습니다. 해당 연구 논문은 <Analytical Chemistry>에 게재됐습니다.

 

생각 전환을 통해 이뤄낸 성과

 

모든 바이오 센서의 타겟 검출 과정은 탐침의 타겟 인식, 인식된 정보의 시그널화 과정으로 이뤄집니다. 현재 개발된 대표적인 핵산 바이오 마커 검출 기술들은 '중합 효소 연쇄반응(PCR)' 기반 시스템을 기반으로 하는데요. 타겟 물질 자체 또는 생성된 전기 화학적 시그널의 증폭을 통해서 검출 효율을 증대하는 방식입니다. 기존 핵산 바이오 마커 검출 기술인 '중합 효소 연쇄반응(PCR)' 기반의 시스템은 복잡한 시약과 기기의 필요성으로 인해 실험실 수준에서의 구동이 가능한 실정이었죠.

다수의 탐침이 집약된 DNA 나노 구조체와 iPSR 응용의 예시. 출처: 성균관대학교

이에 연구팀은 기존 틀에서 벗어나 저농도에서 급감하는 탐침과 타겟 분자 간의 반응에 필요한 유효 충돌 빈도를 근본적으로 개선하는 접근방식을 채택했습니다. 연구팀은 핵산 나노공학기술에 기반을 둔 다수의 탐침을 집약하는 핵산 나노 구조체를 디자인 및 합성했습니다.

 

연구팀은 등온 가닥 치환 기술의 장점을 포괄하며 검출 한계 또한 대폭 개선한 탐침 집약 접근방식인 '탐침 집약 등온 가닥 치환(Probe-localized Isothermal Strand Replacement: iPSR)'을 개발했습니다. 연구팀이 개발한 기술은 기존의 등온 가닥 치환 반응을 이용한 핵산 바이오 마커 검출 효율을 최대 약 300배 개선했다고 합니다. 

 

다방면에서 보편적 활용 가능해

 

연구팀의 시스템은 화학 반응 역학 관점의 접근방식에 따른 다방면에서도 보편적 활용이 가능하다고 합니다. 연구팀은 탐침과 타겟의 반응을 하나의 화학 반응으로 가정했는데요. 이를 통해 연구팀은 분자 간의 충돌 빈도를 개선하며 바이오 마커의 검출 효율을 대폭 개선했습니다. 연구팀의 본 기술은 ㈜ DNANO를 통해서 새로운 유전자 진단칩 기술 개발에 적용돼 곧 상용화될 예정입니다. 

엄숭호 교수. 출처: 성균관대학교
엄숭호 교수. 출처: 성균관대학교

엄 교수는 "상대적으로 짧은 시간 내에 PCR 없이 획기적으로 개선된 유전자 검출 가능성을 제시했으며, 핵산 탐침을 사용하는 어떤 시스템에도 보편적으로 적용 가능하다"면서 "실제 임상 진단에서 빠른 치료제 처방과 약물 효능에 대한 실시간 모니터링을 통해 환자 맞춤형 치료에 크게 이바지할 것"이라고 말했습니다.

 

##참고자료##

 


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