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핵심내용

-영국『랩온어칩』표지논문 발표,“DNA 정보 분석에 새로운 가능성 열어”-

 □ 1991년 노벨물리학상 수상자인 피에르 질 드젠(Pierre-Gilles de Gennes) 교수의 상상 속 이론(DNA 분자가 나노채널에 갇혀 길게 펴지는 이론)이 국내 연구진의 주도로 실현되었다.

 ○ 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 일반연구자지원사업(기본연구)과 신기술융합형성장동력사업의 지원을 받아 서강대 조규봉 교수(41세)의 주도로 수행되었다.

 ○ 이 연구결과는 랩온어칩 분야의 대표적인 학술지인 영국 ’랩온어칩(Lab on a chip)’지 제11권 10호에 표지논문(Front Cover Picture Article)으로 게재되는 영예를 얻었다.

     (논문명 : Nanochannel Confinement: DNA Stretch Approaching Full Contour Length)

□ 최근 대량의 유전정보를 빠르게 분석할 수 있는 차세대 염기 분석 방법의 중요성이 강조되어 많은 연구자들에 의해 경쟁적으로 연구가 진행되고 있다.

 ○ 대량의 DNA정보를 효율적으로 처리하기 위해서는 최대한 DNA분자를 길게 펴야하는데, 이를 위해 머리카락 굵기보다 1/1000 이상 가는 수백~수 나노미터 크기의 채널을 이용하는 방법이 사용된다. 
 ○ 지금까지 전 세계 연구자들은 DNA를 가장 길게 펴기 위해 더 작은 채널을 만들고자 노력해왔으나 크기만 작은 채널은 만들기도 힘들고 그 안에 DNA를 넣는 것도 어려운 단점이 있었다.

□ 조규봉 교수 연구팀은 DNA를 최대 길이의 90%까지 길게 펴서, 지금까지 나노채널을 이용한 연구 중 DNA 분자를 가장 길게 펴는데 성공하였다.

 ○ 조 교수팀은 채널만 작게 만드는 것이 아니라 화학적 환경을 함께 조절하여 DNA 분자를 보다 뻣뻣하게 만들고 DNA가 채널에 잘 들어갈 수 있도록 하는 조건을 개발했다.

 ○ 연구팀의 이번 연구결과를 이용하면 보다 빠르고 효과적이면서 높은 분해능(分解能)으로 DNA를 분석할 수 있게 될 것으로 기대된다.

□ 이번 연구를 주도한 조규봉 교수는 “이번 연구는 지난 30여 년간 학계의 풀리지 않는 숙제였던 DNA 분자가 나노채널에서 펴지는 현상에 대한 다양한 물리학적·이론적 논쟁을 종결지었다는 점에서 의미 있는 연구성과”라고 정의하고, “이번 연구로 DNA 정보 분석에 새로운 가능성을 열었다”고 연구의의를 밝혔다.

상세내용

연   구   개   요

1) 인간 유전체 사업이 완성된 이후에 차세대 서열 분석 방법의 발전으로 수많은 유전체가 해독되고 있지만 현존하는 방법은 모두 1000 염기쌍 이하의 짧은 서열을 읽는 한계를 가지고 있기 때문에 이를 극복하고 수백만 염기쌍 이상의 큰 DNA를 분석할 수 있는 시스템 개발에 많은 연구자들이 경쟁을 하고 있다. 수백만 염기쌍의 사슬 모양의 긴 DNA 분자를 분석하기 위해서는 가장 먼저 DNA를 가능한 길게 펴야 하는데 이번 연구에서는 나노채널을 이용하여 DNA가 펴질 수 있는 길이의 90%까지 펴질 수 있는 방법을 개발하였다.

2) DNA를 길게 펴기 위해서 채널을 작게 만드는 대신에 이번 연구에서는 DNA 분자를 보다 뻣뻣하게 만듦으로써 같은 크기의 나노채널에서 DNA가 분자가 보다 길게 펴지는 조건을 개발하였다.

3) DNA 분자가 나노채널에서 펴지는 현상은 프랑스의 피에르 질 드 장(Pierre-Gilles de Gennes) 교수에 의해서 1977년에 처음으로 제안되었고, 드 장의 이론으로 설명할 수 없는 영역에 대해 1983년 네덜란드의 테오 오다익(Theo Odijk) 교수가 새로운 이론을 발표하였다. 이에 대해 실험적 증명과 반박 등 갑론을박이 있어 왔다. 저자는 이번 논문에서 지금까지 여러 논문에서 왜 이론과 상이한 결과들이 나왔는지를 밝혀내고 오다익의 식을 적용할 수 있는 영역과 드 장의 식을 적용할 수 있는 영역을 구분하였다. 이러한 이론에 대한 완벽한 이해를 통해 지금까지 발표된 어떤 결과보다도 훨씬 더 잘 펴진 DNA를 얻을 수 있었다.

용   어   설   명

1. 단일 DNA 분자 (single DNA molecule)
  단일 분자는 공유결합으로 결합된 하나의 분자를 의미하는데 과거에는 단일 분자는 상상의 대상이었다면 최근 과학 기술의 발전으로 단일 분자를 형광 현미경으로 관찰할 수 있게 되었다. 특히 그 중에서도 생명체의 유전자 정보를 가지고 있는 DNA는 긴 사슬 모양의 구조를 관찰하기에 용이하여 이를 이용한 단일 분자 DNA 분석법이 새롭게 발전하고 있다.
 
2. 랩온어칩 (Lab on a Chip)
  랩온어칩은 엄지손가락만 한 칩 위에 실험실을 꾸민다고 해서 Lab on a Chip 이라고 부른다. 거대한 크기의 실험실을 작은 공간 안에 집적하는 이 기술은 마치 진공관으로 되어 있던 트랜지스터를 집적회로로 만듦으로써 전자공학의 혁명을 가져왔던 것과 같이 물리, 화학, 생물학 실험실을 집적함으로써 새로운 과학의 혁명을 가져올 것으로 기대되고 있는 분야이다. 또한, 이 분야는 물리, 화학, 생물학의 순수과학 뿐 아니라 전자, 기계, 재료, 화공의 공학 분야에서도 활발히 연구되고 있는 대표적인 융합학문이다.

3. 나노크기의 채널
  나노채널은 수 나노미터에서 수백 나노미터의 크기를 가지는 긴 터널 모양의 장치를 말한다. 여기서는 250 nm × 250 nm 크기의 정사각형 모양의 나노채널을 비롯하여 250 nm × 400 nm, 600 nm, 800 nm, 900 nm 등의 다양한 크기의 나노채널을 이용하였다. 나노채널을 만들기 위해서는 나노 테크널러지의 리소그라피 방법을 이용해야 하는데 여기서는 레이저 간섭 리소그라피를 이용하였다.