KAIST, 유전자 돌연변이 검출 신기술 개발…유전자 가위 ‘엑스파’ 활용

박현규 교수팀, 다양한 질병의 유전자 돌연변이 고감도 검출 성공
질병 조기 진단, 환자 맞춤형 치료 구현에 활용 기대
국제 학술지에 표지논문 게재

유전자 가위를 이용해 유전자 돌연변이를 검출할 수 있는 새 검출법이 개발됐다.

KAIST는 생명화학공학과 박현규 교수 연구팀이 유전자 가위 ‘크리스퍼(CRISPR-Cas9)’ 시스템으로 구동되는 엑스파(EXPAR) 반응을 이용해 유전자 돌연변이를 검출할 수 있는 신기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

유전자 편집 기술인 크리스퍼(CRISPR-Cas9)는 DNA를 가위로 자르듯이 특정 부위를 자를 수 있으며 특정유전자 위치를 찾는 가이드 RNA(guideRNA)와 유전자를 잘라내는 가위 역할을 하는 Cas9 단백질로 구성돼 있다.

엑스파(Exponential amplification reaction·EXPAR) 기술은 짧은 반응 시간 안에 최대 1억 배로 표적 핵산을 증폭할 수 있는 기술이다.

KAIST 생명화학공학과 송자연, 김수현 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 영국왕립화학회가 발행하는 국제학술지 ‘나노스케일(Nanoscale)’에 2021년도 15호 표지논문으로 지난달 14일 선정됐다.(논문명:A novel method to detect mutation in DNA by utilizing exponential amplification reaction triggered by the CRISPR-Cas9 system)

일반적으로 유전자 돌연변이를 검출키 위해 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 이용하지만 낮은 특이도 및 검출 성능, 복잡한 검출 방법, 긴 검출 시간 등 한계가 있다.

이를 위해 연구팀은 크리스퍼 (CRISPR-Cas9) 시스템을 활용해 검출 특이도를 높이고 엑스파(EXPAR) 등온 증폭 반응을 통해 검출 민감도를 크게 향상시켜 표적 유전자 돌연변이를 고감도로 30분 이내에 검출하는 데 성공했다.

이는 기존 기술 대비 증폭효율은 약 10만 배 높고 검출 시간은 약 50% 감소한 기록이다.

연구팀은 2개의 Cas9/sgRNA 복합체로 구성된 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 시스템으로 유전자 돌연변이의 양 끝단을 절단했다. 절단된 짧은 이중 나선 유전자 돌연변이가 EXPAR 반응을 구동시키고 EXPAR 반응 생성물을 통해 형광 신호가 발생토록 설계해 표적 유전자 돌연변이를 고감도로 정확하게 검출토록 했다.

이어 연구팀은 이 기술을 통해 염색체 DNA 내 HER2와 EGFR 유전자 돌연변이를 성공적으로 검출하는데 성공했다.

해당 유전자 돌연변이들은 유방암 및 폐암의 발생에 관여할 뿐만 아니라 특정 치료 약제에 대한 반응을 예측키 위해 대표적으로 활용되는 중요한 바이오 마커다.

박현규 교수는 “이번 기술은 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 시스템에 의해서 구동되는 EXPAR 반응을 이용해 암 등 다양한 질병에 관여되는 유전자 돌연변이를 고감도로 검출할 수 있는 기술”이라며 “이를 통해 다양한 질병을 조기진단하고 환자 맞춤형 치료를 구현하는 데 크게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

[대전=뉴시스]