게놈 프로젝트의 완성으로 인간 유전자연구의 새로운 시작을 알리는 신호탄이 되었으며, 밝혀진 인간 유전자 서열을 바탕으로 각 유전자들의 기능과 역할 그리고 여러 질병에 관계된 유전들을 찾을 수 있는 계기를 마련해 주었다. 하지만 무수히 많은 유전자들의 각각의 기능과 역할을 알아내는 것은 많은 시간과 노동이 필요하게 되며 따라서 한번에 짧은 시간 동안 많은 유전자들을 검색할 수 있는 방법이 요구 되었다. 현재 여러 DNA검출 방법들 중 DNA-chip이 이러한 요구를 가장 잘 만족시키고 있으며 앞으로도 DNA-chip에 의한 유전자 연구가 더욱 활발히 이루어 질 것이다
DNA-chip이란 유리 같은 고체 기질 위에 수백-수십만 개의 DNA를 높은 밀도로 집적시켜놓은 것으로, 고밀도로 집적된 DNA를 이용하여 생물학적 검색이나 질병진단의 처리 속도와 양을 획기적으로 높이는 방법이다. 이러한 DNA-chip의 가장 큰 장점은 기존에 사용되었던 유전공학적인 방법인 Southern과 Northern blot, 돌연변이 검색 그리고 DNA sequencing 방법들 보다 훨씬 짧은 시간에 적은 시료를 가지고 많은 유전자를 검색할 수 있다는 것이다.
DNA-chip은 어떤 종류의 DNA를 표면에 붙이느냐에 따라 cDNA-chip과 oligonucleotide-chip으로 나눌 수 있으며 DNA-chip를 제작하는 방법으로 하나는 미리 합성된 DNA를 고체기질 표면에 점점이 찍는 방법이고 다른 하나는 기질위에 화학적인 방법을 이용하여 하나씩 길러가는 방법이다.
DNA-chip의 응용분야는 첫째 병의 진단에 이용될 수 있다. 심장병과 여러 가지 암. 에이즈. 결핵, 고혈압, 골다공증, 불임증, 노인성 치매 등은 많은 질병의 진단에 쓰일 수 있다. 즉 개인 유전자의 염기 서열을 DNA-chip으로 검사함으로써 그 사람이 어떤 질병을 앓고 있는지 어떤 질병에 걸릴 위험이 큰 지를 단지 몇 방울의 혈액으로 쉽게 알 수 있다.
두 번째로는 유전자 발현을 연구하는 분야이다. 유전자 발현 연구하는 목적은 유전자가 존재하는 위치와 정확한 개수. 그리고 그 기능을 밝혀내는 것이다. 인간의 유전자 개수는 3-4만개에 이를 것으로 추정하지만 현재까지 그 기능이 완전히 밝혀진 것은 일부분에 불과하다. 나머지 유전자를 찾아내고 그 기능을 정확하게 규명함으로써 많은 질병의 원인을 알아낼 수 있고 또한 질병을 보다 쉽게 치유할 수 있을 것이다.
마지막으로 인간의 전체 DNA 중에서 개인마다 조금씩 다른 염기 서열을 갖은 것을 nucleotide polymorphism이라고 하는데, DNA-chip을 이용하여 개개인의 single nucleotide polymorphism을 확인할 수 있다. 보통 사람마다 99.9%의 염기서열은 동일하고 단지0.1%인 약 300만개의 염기서열이 다르다고 알려져 있다. 그런데 중요한 것은 이 0.1% 차이가 개인의 모든 특성을 좌우한다는 것이다. 그러므로 개개인의 polymorphism을 연구하면 그 사람에게 맞는 약을 처방 할 수 있는데 이 분야를 pharmacogenetics라고 한다. 따라서 DNA-chip은 단 시간에 많은 양의 DNA 검출 정보를 한번에 제공 할 수 있으므로 개개인의 single nucleotide polymorphism을 연구하는데 있어 시간과 노력을 줄일 수 있다.
저의 실험실은 이런 특성에 맞게 바이오칩 관련기기를 운영하고 있습니다.
1.비접촉 방식 마이크로어레이어는 다양한 종류의 DNA, protein, cell, 작은 분자들과 같은 샘플들을 미세 관에 주입시킨 후 압전분사 방식으로 subnanoliter 방울만큼 유리 슬라이드 위에 spotting해 나아가는 장비로 표면에서 분자들 간의 상호 작용들을 한번에 수백에서 수천 개 정도 확인할 수 있는 칩을 제작하게 할 수 있습니다.
2. 혼성화 장비는 DNA 혹은 단백질 등과 같은 target 물질을 혼성화 시키는 장비로 유리 슬라이드를 장비에 장착하여 혼성화 온도와 시간, 그리고 세정 조건과 같은 혼성화 환경을 설정한 후, 특정 target 물질을 주입하여 일정한 환경 하에서 유리 슬라이드에 고정된 물질(DNA 혹은 단백질) 혼성화가 이루어지며 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있도록 합니다.
또한 DNA/단백질 이외에도 작은분자, drug, cell과 같은 다양한 바이오물질들을 사용하는 것도 가능합니다.
3. 바이오칩형광스캐너는 유리 슬라이드 위에 고집적으로 제작된 마이크로어레이이 형광신호를 검출하기 것으로 Metal Halide bulb에서 나오는 백색광을 excitation filter에 통과시켜 특정영역의 파장 빛을 유리 슬라이드 위에 주사하면 슬라이드 위의 형광 염료들이 여기에 형광을 발산하게 되고 이것을 emission filter로 특정 파장만을 선택적으로 통과시켜 CCD 검출기로 형광 신호를 읽어 들일 수 있습니다.
DNA-DNA, DNA-protein, protein-protein등의 상호작용들을 연구함에 있어 한번에 많은 양의 실험결과를 얻을 수 있습니다. |
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