DNA를 이용한 혁신적인 바이오센서 기술

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-04-23

일본의 후지츠연구소와 독일의 뮌헨대학은, 지금까지 존재하지 않던 전혀 새로운 형태의 바이오센서 기술을 공동개발했다고 밝혔다. 이번에 개발한 기술은 마이너스로 대전된 DNA를 주기적으로 운동시켜 그 모습을 계측하는 방법으로 단백질을 고속검출하는 세계 최초의 기술이다. 인체에서는 수만 종류의 단백질이 각각 중요한 역할을 하고 있다. 그 중에서 질병과 관련되어 변동하는 단백질을 계측하여 적절한 진단과 질병의 조기발견, 최적의 치료 등이 가능해진다. 이번 기술을 이용하면 종래에 비해 100분의 1 정도의 시간으로 매우 정밀한 단백질 계측이 가능하기 때문에 건강의 유지와 질병 예방에 큰 효과가 기대된다. 신형 인플루엔자나 SARS 등과 같은 새로운 감염성 질병의 출현과 더불어 적절한 진단과 조기발견, 건강유지와 예방의학에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 최근에는 암이나 당뇨병 등의 원인이 되는 단백질을 찾아내는 연구가 활발하게 이루어지고 있어, 단백질의 종류나 양, 크기를 조사하여 질병을 조기발견하고 적절한 치료가 가능할 것으로 기대하고 있다. 이를 위해서는 질환의 징후가 되는 단백질을 신속하면서도 정밀하게 검출하는 기술이 필요하다. 지금까지 단백질의 검출을 위해서는 복수의 공정이 필요하기 때문에 비용이 들고, 병원을 방문하여 검사를 받더라도 진단결과가 나올 때까지 시간이 걸렸다. 더구나 복수의 공정으로 처리하기 때문에 많은 양의 검사대상 시료를 준비해야 할 필요가 있었다. 후지츠연구소와 뮌헨대학의 공동연구팀은 바이오센서 기술의 연구를 2001년부터 공동으로 추진해왔다. 이번 연구에서는 DNA를 이용하여 단백질을 계측하는 전혀 새로운 방식의 바이오센서 기술을 개발하였다. 이번에 개발한 기술의 상세한 내용은 다음과 같다. (1) 전장을 이용한 DNA의 조작과 이에 따른 DNA의 동작을 가시화 하는 기술 DNA가 수용액 중에서는 마이너스로 대전되는 특성을 이용하여 전극에 대해 교대로 플러스와 마이너스 전위를 인가함으로써 DNA를 전극 쪽으로 끌어오거나 떨어뜨리는 기술을 개발하였다. DNA 선단에 표시물질로 부착한 색소의 형광이 전극에서 떨어져 있으면 밝게 빛나고 전극에 가까워지면 어두워지는 성질을 이용하여 DNA의 동작을 가시화하는 데 성공하였다. (2) 단백질의 검출과 분석기술 형광색소를 부착한 DNA 선단에 측정대상 단백질과 잘 결합하는 분자를 부착한다. 단백질이 이 분자에 결합하면 DNA의 동작이 단백질에 의해 방해받기 때문에 DNA의 동작을 관찰함으로써 측정대상 단백질의 유무, 어느 정도의 양의 단백질이 결합하고 있는 가를 해석할 수 있다. 또한 전극에 인가하는 전위의 절환속도를 빨리하면 결합한 단백질의 움직이는 모습을 알 수 있어 결합하고 있는 단백질의 형상에 관한 평가도 가능하다. 이번에 개발한 바이오센서 기술을 이용하면 측정시간을 종래의 1/100로 단축할 수 있으며, 1/100의 시료량으로 고정밀 단백질 계측이 가능하게 된다. 또한 단백질의 검출뿐만 아니라, 크기를 측정하는 데도 사용할 수 있기 때문에 종래의 방법에 비해 측정의 정밀도가 향상되어 다양한 분야에 응용이 가능할 전망이다. 앞으로 이번 바이오센서 기술을 이용한 신속하게 정밀도가 높은 단백질 계측이 가능하게 되면 질환의 정확한 조기진단이 가능해 져 신속한 조기치료의 실현이 기대된다. 한편 이번에 개발된 기술은 뮌헨공과대학의 연구팀이 후지츠연구소의 지원 하에 독일 경제기술성의 인큐베이션 프로그램 EXIST 프로젝트에 따라 사업을 진행 중이다. 높은 기술수준과 사업화에 대한 기대가 평가를 받아 이 사업화 안이 독일 비즈니스플랜 콘테스트에서 입상하였다. 그림은 DNA의 동작을 가시화 하는 기술의 모식도이다. 100421_Fujitsu_F1.jpg 출처 : http://pr.fujitsu.com/jp/news/2010/04/16.html