영국왕립화학회가 발간하는 국제학술지 '나노스케일' 표지에 선정된 표적 유전자 돌연변이 검출기술 모식도.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 박현규 교수 연구팀이 일명 유전자가위로 불리는 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 시스템에 의해서 구동되는 엑스파(EXPAR) 반응을 이용해 유전자 돌연변이를 검출하는 신기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

크리스퍼는 유전자 편집 기술로 DNA를 가위로 자르듯이 특정 부위를 자를 수 있으며, 엑스파 기술은 약 30분의 짧은 반응 시간 내 최대 1억배의 표적 핵산 증폭 효율을 구현한다.

일반적으로 유전자 돌연변이를 검출하기 위해 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 이용한다. 하지만, 현재까지 개발된 유전자 돌연변이 검출기술들은 낮은 특이도, 낮은 검출 성능, 복잡한 검출 방법, 긴 검출 시간 등의 단점들을 지니고 있다.

연구팀은 이같은 기술 한계를 극복하기 위해서, 크리스퍼 시스템을 활용해 검출 특이도를 높이고 엑스파 등온 증폭 반응을 통해 검출 민감도를 크게 향상시켜서 표적 유전자 돌연변이를 고감도로 30분 이내에 검출하는 데 성공했다. 이는 기존 기술 대비 증폭효율 약 10만 배 증가, 검출 시간 약 50% 감소에 해당하는 수치다.

연구팀은 2개의 Cas9/sgRNA 복합체로 구성된 크리스퍼 시스템으로 유전자 돌연변이의 양 끝단을 절단했다. 절단된 짧은 이중 나선 유전자 돌연변이가, 엑스파 반응을 구동시키고 엑스파 반응 생성물을 통해서 형광 신호가 발생하도록 설계함으로써 표적 유전자 돌연변이를 고감도로 매우 정확하게 검출했다.

연구팀은 이 기술을 통해 염색체 DNA 내 HER2와 EGFR 유전자 돌연변이를 성공적으로 검출할 수 있었다. 이러한 유전자 돌연변이는 유방암 및 폐암의 발생에 관여할 뿐만 아니라 특정 치료 약제에 대한 반응을 예측하기 위해서 대표적으로 활용되는 중요한 바이오 마커다.

박현규 교수는 “이번 기술은 암 등 다양한 질병에 관여되는 유전자 돌연변이를 고감도로 검출함으로써, 다양한 질병을 조기 진단하고 환자 맞춤형 치료를 구현하는 데 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

KAIST 생명화학공학과 송자연, 김수현 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 영국왕립화학회가 발행하는 국제학술지 ‘나노스케일’ 2021년도 15호 표지논문으로 지난달 14일 선정됐다.

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