[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 박현규 교수팀이 유전자 가위로 불리는 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 시스템에 의해서 구동되는 엑스파(EXPAR) 반응을 이용해 유전자 돌연변이를 검출하는 신기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

일반적으로 유전자 돌연변이를 검출하기 위해 중합 효소 연쇄 반응 (PCR)을 이용한다.

이 PCR을 통해 유전자 돌연변이를 함유한 증폭 산물을 형성하고 이를 SSCP(single stranded conformational polymorphism), 전기영동(Gel electrophoresis), 시퀀싱(Sequencing)을 통해 분석한다.

그러나 온도 조절 장치를 필요로 하는 PCR 기술의 단점을 해결하고 현장 검사 (point-of-care testing, POCT) 기술에 필요한 소형화를 구현할 수 있는 대체 기술인 등온 핵산 증폭 기술들에 대한 관심이 높아지고 있다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 크리스퍼 (CRISPR-Cas9) 시스템을 활용해 검출 특이도를 높이고 EXPAR 등온 증폭 반응을 통해 검출 민감도를 크게 향상시켜서 표적 유전자 돌연변이를 고감도로(검출 한계: 437 aM/아토몰라, Attomolar) 30분 이내에 검출했다.

이는 기존 기술 대비 증폭효율 약 10만 배 증가, 검출 시간 약 50% 감소에 해당하는 수치다.

크리스퍼 (CRISPR-Cas9)은 유전자 편집 기술로 DNA를 가위로 자르듯이 특정 부위를 자를 수 있으며 가이드 RNA(guideRNA)와 Cas9 단백질로 구성된다.

또 엑스파(EXPAR, Exponential amplification reaction) 기술은 약 30분의 짧은 반응 시간 내 최대 1억(108)배의 표적 핵산 증폭 효율을 구현함으로써 높은 활용 가능성을 보유한 기술이다.

연구과정을 보면 2개의 Cas9/sgRNA 복합체로 구성된 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 시스템으로 유전자 돌연변이의 양 끝단을 절단했다.

또 절단된 짧은 이중 나선 유전자 돌연변이가 EXPAR 반응을 구동시키고 EXPAR 반응 생성물을 통해 형광 신호가 발생하도록 설계함으로써 표적 유전자 돌연변이를 고감도로 매우 정확하게 검출했다.

이 연구결과에 의하면 이 기술을 통해 염색체 DNA 내 HER2와 EGFR 유전자 돌연변이를 성공적으로 검출했다. 

박현규 교수는 “이번 기술은 CRISPR-Cas9 시스템에 크리스퍼 (CRISPR-Cas9) 시스템에 의해서 구동되는 EXPAR 반응을 이용하여 암 등 다양한 질병에 관여되는 유전자 돌연변이를 고감도로 검출함으로써 다양한 질병을 조기 진단하고 환자 맞춤형 치료를 구현하는 데 크게 활용될 수 있다”고 말했다.

KAIST 생명화학공학과 송자연, 김수현 박사가 공동 제1저자로 참여한 연구는 영국왕립화학회가 발행하는 국제학술지 나노스케일 (Nanoscale)에 2021년도 15호 표지(Back cover) 논문으로 지난달 14일 선정됐다.

이 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 중견연구자지원사업과 글로벌 프런티어지원사업의 일환으로 수행됐다.