'다운증후군 표준물질' 나왔다
'다운증후군 표준물질' 나왔다
  • 강지희
  • 승인 2019.06.19 20:20
  • 조회수 2032
  • 댓글 0
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임신 참고 이미지. 출처: pixabay
임신 참고 이미지. 출처: pixabay

만혼이 증가하고 출산 연령이 늦어짐에 따라 태아와 임신부의 상태를 진단하는 산전 검사가 필수가 되고 있습니다. 특히 바늘을 임신부의 배에 찌르지 않고 혈액만으로 기형아를 판별하는 '비침습적 산전검사(NIPT)'가 안전한 방법으로 각광받고 있는데요. NIPT는 임신 10주차부터 임신부 혈액에 존재하는 미량의 태아 DNA를 분석해 21번 염색체가 3개라서 발생하는 다운증후군과 같이 특정 염색체 개수에 대한 이상 여부를 판정할 수 있다고 합니다.

 

NIPT는 임신부의 혈액 속에서 태아의 DNA를 검사해 특정 염색체 수가 2개인지 3개인지 판별하는 고도의 기술을 요구합니다. 하지만 NIPT 결과만으로 기형 여부를 확인하기에는 불안 요인이 있습니다. 검사 자체의 난이도가 높은데다 혈액에서 DNA만 남기는 정제 과정에서 DNA의 양이 많게는 50%나 손상될 수 있기 때문이죠. 

 

이처럼 검사 기관의 신뢰성 확보를 위해서는 '표준물질'이 필수입니다. 표준물질은 '답안지가 주어진 문제'로 비유되고 있는데요. 표준물질과 정확한 측정 결과를 검사 기관에 제공하면 업체는 자사 장비의 교정이나 방법의 정확성을 개선할 수 있습니다.

 

그러나 지금까지 개발된 표준물질들은 정제된 다운증후군 양성 DNA를 용액에 첨가한 형태로 판매됐습니다. NIPT의 품질문제는 DNA 정제과정에서 발생할 수 있는데요. 이미 정제된 물질로 검사해서는 완벽하게 검사기관의 신뢰성을 검증할 수 없다는 지적이 나왔습니다.

KRISS 바이오분석표준센터 연구팀이 개발한 다운증후군 표준물질. 출처: 한국표준과학연구원
KRISS 바이오분석표준센터 연구팀이 개발한 다운증후군 표준물질. 출처: 한국표준과학연구원

그런데 한국표준과학연구원 바이오 표준센터 연구팀이 NIPT 표준물질 개발에 성공했다고 합니다. <Analytical Chemistry>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 독자적인 DNA 정량분석을 활용해 다운증후군에 양성인 표준물질을 개발했는데요. 세계 최초로 혈청을 이용해 개발한 다운증후군 표준물질은 실제 임산부 혈액의 DNA 형태와 99% 일치했다고 합니다.

 

어떻게 개발했는가

 

다운증후군 표준물질 제조 과정은 다음과 같습니다.

다운증후군 표준물질 제조과정. 출처: 한국표준과학연구원
다운증후군 표준물질 제조과정. 출처: 한국표준과학연구원
  1. 혈청 관리 : 혈병과 같은 유형성분과 섬유소원을 제거해 혈청을 분리합니다.
  2. 기존 DNA 제거 : 4번 과정에서 주입할 새로운 DNA가 기존 DNA와 섞이지 않도록 혈청에 있던 고유 DNA를 제거합니다.
  3. DNA 제거 확인 : 혈청 내 잔류 DNA를 정확히 측정합니다. 이 때 기존 DNA가 완벽히 제거되었다는 사실을 입증할 수 있는 기술이 중요하기 때문에 연구팀은 '안정동위원소표지 DNA'를 활용한 정량분석기술을 활용합니다.
  4. DNA 주입 : DNA를 제거한 혈청에 '정상 DNA'와 '21번 염색체가 3개인 다운증후군 DNA'를 주입합니다.
DNA 정량분석 기술 모식도. 출처: 한국표준과학연구원
DNA 정량분석 기술 모식도. 출처: 한국표준과학연구원

이 과정에서 연구팀은 안정동위원소표지 DNA(Stable Isotope Labeled DNA, SILD)를 활용한 DNA 정량분석 기술을 최초로 개발했습니다. SILD DNA란 DNA를 구성하는 4종의 염기 (아데닌(Adenine), 구아닌(Guanine), 사이토신(Cytosine), 티민(Thymine))를 구성하는 탄소원자와 질소원자를 인위적으로 동위원소인 13C 및 15N으로 치환하도록 미생물을 배양하여 제조한 것을 말하는데요. 이 DNA는 결과적으로 질량수는 다르지만 같은 분자 구조를 하기 때문에 화학적으로 동일하므로 내부표준법에 사용할 수 있습니다. 질량분석기로 분석하여 자연계에 존재하는 DNA와 구분할 수 있다고 합니다.

 

시료 내 SILD는 자연상태의 DNA와 화학적 성질이 동일하기 때문에 시료의 전처리 과정 중에 손실이 있을 경우, 같은 비율로 손실된다고 합니다. 따라서 일정량의 SILD를 시료에 넣으면 실험 도중 발생하는 DNA 손실을 보정할 수 있으며, 이후 질량분석법을 이용하여 원래 시료에 함유된 DNA 양을 측정할 수 있습니다.

 

SILD 정량분석 기술, 어디에 사용할 수 있는가

 

연구팀이 개발한 DNA 정량분석 기술은 NIPT 뿐만 아니라 다양한 활동 분야에 사용될 수 있다고 합니다. 질병의 진단과 경과를 관찰하는 데 사용될 수 있습니다. 일부 종양 환자는 혈장 중 DNA 농도가 증가하는 것으로 알려져 있는데요. 따라서 혈장 내 DNA 양을 질병 진단이나 치료 경과의 지표로 활용할 수 있습니다.

 

또한 NIPT용 다운증후군 표준물질을 포함해 분자진단용 표준물질 개발에도 도움을 줄 수 있다고 합니다. 분자진단용 표준물질도 해당 DNA의 정확한 정량 과정이 수반돼야 하기 때문이죠. 이 뿐만 아니라 식품 및 의약품에도 존재하는 DNA양을 분석하여 정제 여부 및 오염 여부 등에 대한 품질 평가를 실시할 수 있다고 합니다.

KRISS 바이오분석표준센터 연구팀. 출처: 한국표준과학연구원
KRISS 바이오분석표준센터 연구팀. 출처: 한국표준과학연구원

KRISS 권하정 선임연구원은 "이번 표준물질 개발에 활용한 DNA 정량분석 방법은 복잡한 매질에서 DNA 양을 정확히 측정할 수 있는 획기적인 기술"이라며 "질병의 진단부터 혈액이나 식음료 등 정제되지 않은 다양한 시료의 품질 평가까지 다방면으로 활용할 수 있다"고 말했습니다.

 

KRISS 양인철 책임연구원은 "검사 기관이 표준물질로 NIPT를 수행하면 21번 염색체가 3개라는 확실한 답이 나와야 하고, 그렇지 못할 경우 검사 과정의 오류를 의심해봐야 한다"며 "이번 표준물질은 NIPT 전 과정의 품질관리에 사용할 수 있어 NIPT의 정확도가 향상되고 임산부의 추가 검사에 대한 부담을 덜어줄 것"이라고 말했습니다.

 

##참고자료##

 


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