손쉽게 알츠하이머 질환 검출 기술 개발

- 하이드로젤 기반 다중 유전자 동시 증폭 기술 개발...마이크로RNA 동시 검출

국내 연구진이 하이드로젤을 기반으로 여러 종류의 유전자를 동시에 증폭함으로써 알츠하이머와 같은 질환을 손쉽게 검출할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

하이드로젤은 통상적으로 수분 함량이 90%인 친수성 고분자로서 뛰어난 생체친화성 때문에 인공 장기, 약물 전달 캐리어 등으로 사용된다.

이 연구는 최낙원 박사(한국과학기술연구원)·최정규 교수(고려대학교) 공동연구팀이 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구), 뇌과학원천기술개발사업, 과학기술정보통신부-산업통상자원부 나노융합2020사업, 산업통상자원부 바이오산업핵심기술개발사업, 한국과학기술연구원 기관고유사업의 지원으로 수행됐다.

연구결과는 10월 19일 논문명 <Hydrogel micropost-based qPCR for multiplex detection of miRNAs associated with Alzheimer’s disease>으로 국제학술지 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)에 게재됐다.

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▲플라스틱 칩 내에 고정된 하이드로젤 기둥을 이용한 동시 다중 qPCR
실시간 핵산 증폭(qPCR)은 극소량의 유전물질을 증폭시켜 질환과 관련된 유전자의 유무를 판단하는 방법이다. 암, 알츠하이머와 같은 유전질환의 진단과 예후 모니터링에 널리 사용되고 있다. 실시간 핵산 증폭(qPCR, quantitative polymerase chain reaction)은 정량적 중합효소 연쇄 반응이라고도 일컬어짐. 프라이머가 타겟 핵산과 상보적 결합 후 DNA 중합효소에 의해 기하급수적으로 타겟 핵산을 복제하는 반응이다.

하지만 기존의 용액 기반 qPCR은 단일 샘플로부터 3~4개의 유전자만 동시에 검출할 수 있도록 제한되고, 프라이머(primer)를 대단히 정교하게 디자인하더라도 비특이적 증폭이 일어날 수 있는 한계가 있다. 프라이머는 타겟 유전자를 증폭하는데 꼭 필요한 개시제로서 증폭하려는 DNA 가닥에 상보적으로 결합하여 DNA 중합효소가 핵산을 합성하는 출발점 역할을 한다.

연구팀은 하이드로젤 안에서 qPCR 반응이 진행됨으로써 복잡한 프라이머 디자인 없이도 여러 종류의 마이크로RNA(miRNA)를 특이적으로 검출해냈다. 마이크로RNA는 약 20-25개의 핵산으로 구성된 비교적 짧은 RNA의 일종이며, mRNA와 상보적으로 결합하여 mRNA로부터 단백질이 번역되는 것을 억제한다.

▲하이드로젤 기반 qPCR을 이용한 알츠하이머 병과 관련된 마이크로RNA 합성 타겟들의 동시 다중 검출
▲하이드로젤 기반 qPCR을 이용한 알츠하이머 병과 관련된 마이크로RNA 합성 타겟들의 동시 다중 검출
연구팀은 제조 과정에서의 경제적인 장점으로 인해 qPCR 기기에 상용화된 플라스틱 칩 안에 여러 개의 하이드로젤 기둥을 자외선을 수차례 쪼여서 고정시켰다. 이 때 하이드로젤 안에는 특정 마이크로RNA를 증폭하기 위한 프라이머가 고정되어 있다. 하이드로젤 기둥의 수만큼, 최대 27개의 유전자를 동시에 검출할 수 있어서 기존에 비해 동시 다중 검출의 효율성이 대폭 강화됐다. 또한 하이드로젤 기둥끼리 물리적으로 떨어져 있으므로 프라이머 간의 상호 간섭이 제어되었고, 이로써 기존 qPCR의 난제였던 비특이적 증폭이 거의 없었다.

최낙원 박사는 “이 연구는 하이드로젤을 이용하여 여러 유전자를 동시에 정밀하게 검출해 내는 최적의 기술을 개발한 것”이라며, “알츠하이머뿐만 아니라 다양한 유전질환의 진단에 적용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 설명했다.

[김들풀 기자  itnews@itnews.or.kr]