유전자 진단의 원리와 실제: 현대 의학의 새로운 패러다임

유전 질환은 유전자 내에 존재하는 결함이나 돌연변이로 인해 발생합니다. 과거에는 이러한 질환을 진단하고 예측하는 것이 상당히 어려웠지만, 오늘날 우리는 유전자 진단이라는 강력한 도구를 통해 보다 정확하고 신속하게 질병을 파악할 수 있게 되었습니다. 이번 포스팅에서는 유전자 진단의 기본 원리와 다양한 기법, 그리고 세포유전학과 핵형 분석의 역할에 대해 알아보겠습니다.

유전자 진단이란?

유전자 진단은 특정 유전자나 DNA 염기서열의 변이를 분석하여 유전 질환의 원인이나 발병 가능성을 예측하는 방법입니다. 이러한 진단법은 기존의 임상 검사보다 높은 정확성을 자랑하며, 태아의 산전 진단, 유전병 보인자 동정, 발병 가능성 예측 등 다양한 목적으로 사용됩니다.

주요 유전자 진단 기법

1. Real-Time PCR (실시간 중합효소 연쇄 반응)

Real-Time PCR은 DNA 증폭 과정을 실시간으로 모니터링하여 PCR 산물의 생성 과정을 관찰하는 방법입니다. 이 기술은 DNA의 정확한 정량이 가능하며, 전기영동이 필요 없기 때문에 신속하고 간편합니다. 유전자 발현 분석, SNP 타이핑, 유전 질환 진단 등에서 널리 사용됩니다.

2. PCR-RFLP (PCR-제한효소 단편 길이 다형성)

PCR-RFLP는 특정 DNA 절편을 제한효소로 절단하여 발생하는 절편의 길이 차이를 분석하는 방법입니다. 이 방법은 주로 특정 유전자 변이(SNP)를 분석하는 데 사용됩니다. 변이가 있는 경우, 절단된 DNA 조각의 길이가 달라지며, 이를 통해 유전자 변이를 확인할 수 있습니다.

3. 이형이중가닥 이주분석

이형이중가닥 이주분석은 이중나선 DNA 내의 염기서열 변이에 의해 구조 변화가 발생할 때, 이로 인한 이동성 차이를 이용하여 돌연변이를 검출하는 방법입니다. 이 기술은 다양한 변이 서열을 분석하는 데 유용합니다.

4. SSCP (단일가닥 구조 다형성 분석)

SSCP는 단일 가닥 DNA가 특유의 입체 구조를 형성한다는 점을 이용해 DNA 염기서열의 차이를 분석하는 기법입니다. PCR로 증폭된 DNA를 변성시켜 단일 가닥 상태로 만든 후, 폴리아크릴아미드 겔 전기영동을 통해 서로 다른 이동상을 가진 단일 가닥을 구분합니다. 이 방법은 주로 SNP 규명에 사용됩니다.

5. 변성 기울기 겔 전기영동 (DGGE)

DGGE는 DNA의 염기서열 차이에 따라 변성되는 온도나 화학적 조건을 달리하여 DNA 이중나선의 이동도를 분석하는 방법입니다. 돌연변이나 DNA 다형성을 연구하는 데 주로 사용되며, 다양한 DNA 변이를 검출하는 데 유용합니다.

6. 올리고뉴클레오타이드 연결법

이 방법은 두 개의 올리고뉴클레오타이드 탐침자가 특정 유전자 다형성 부위에 결합할 때만 DNA 리가아제에 의해 연결되는 기법입니다. 이를 통해 특정 SNP를 정확하게 식별할 수 있으며, 여러 SNP를 동시에 분석할 수 있습니다.

7. 다중 연결 의존성 탐침자 증폭법 (MLPA)

MLPA는 여러 개의 대상 부위를 한꺼번에 분석할 수 있는 방법으로, 주로 유전적 결실이나 중복을 확인하는 데 사용됩니다. 상대적으로 적은 양의 시료로 다수의 유전자를 동시에 분석할 수 있어 진단의 효율성을 크게 높입니다.

8. 바이오칩 기술

바이오칩은 수많은 DNA 탐침이 미세한 칩 표면에 배열된 형태로, 한 번에 수천 개의 유전자 변이를 동시에 분석할 수 있는 기술입니다. 이 기술은 암 유전자 분석, 유전적 질환 진단, 약물 반응 예측 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 바이오칩을 사용하면 소량의 시료로도 다양한 유전자 변이를 신속하게 검출할 수 있습니다.

9. 세포유전학과 핵형 분석의 역할

세포유전학

세포유전학은 세포 내 유전물질, 즉 염색체를 연구하는 학문으로, 염색체의 수와 구조 변화를 분석하여 질병과의 연관성을 밝힙니다. 이 학문은 주로 암, 다운증후군, 터너증후군 등 염색체 이상과 관련된 질환의 진단에 중요한 역할을 합니다.

핵형 분석

핵형 분석은 개인의 염색체 수와 구조를 체계적으로 분석하는 방법입니다. 핵형은 보통 염색체를 특정 조건 하에서 채취하여 광학 현미경으로 관찰하며, 이를 통해 염색체의 수적 이상(예: 다운증후군에서의 삼염색체 21)이나 구조적 이상(예: 염색체의 결실, 중복, 역위 등)을 확인합니다. 핵형 분석은 주로 태아의 선천적 질환 진단, 불임 원인 분석, 종양 세포의 염색체 이상 연구 등에 사용됩니다.

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오늘은 분자생물학적 관점에서 유전자 검사를 어떻게 이용하는지에 대해 알아보았습니다.

 

유전자검사를 진행하기에 앞서서 가장 선행되어야 할 부분은 특정 유전자 부위를 찾아 증폭하기 위한 PCR과정입니다. PCR을 진행하기 위해서는 핵산을 추출해야 하고 추출하는 방법은 DNA냐 RNA냐에 따라서 방법이 나뉘게 됩니다. 확보한 핵산을 토대로 목적에 맞게 디자인한 프라이머를 넣어 PCR을 한 후 그 산물이 어떤 유전자배열로 되어 있는지 분석하는 것이 유전자 검사라고 할 수 있습니다.

 

다만 유전자 검사는 검체의 기원이 일반 분자진단검사와 차이가 있습니다.

일반 분자진단 검사는 감염원을 규명하기 위한게 주목적이기 때문에 감염원으로부터 핵산을 확보하는 것이고, 유전자 검사의 경우 검사받는 본인 즉, 외부의 감염원이 아닌 환자 본인의 세포에서 핵산을 확보해야 하므로 핵산을 어디로부터 가져오느냐가 주된 차이라고 볼 수 있습니다.

 

실제로 유전학 검사를 진행할 경우에 핵산을 추출하는 것에서부터 시작을 하는데 이 과정이 생각보다 까다롭습니다. 대부분 전혈 속에 있는 백혈구가 가지고 있는 핵산을 추출하는데 여러가지 조건을 갖추어야 하고 매뉴얼로 추출을 해야 하는 경우가 많이 검사자의 숙련도에 따라서 핵산의 순도와 양이 영향을 많이 받습니다. 장비를 이용해서 추출도 가능하지만 검사시설의 경제적 여건상 값비싼 장비를 바로바로 들여올 수는 없기에 값싼 노동력을 이용한 매뉴얼 추출법을 많이 이용하는 편입니다. 

 

코로나를 기점으로 진단장비들의 개발이 활발해지고 있는데 손이 많이 가는 매뉴얼보단 사람보다 정밀하고 오류가 덜한 장비가 어서빨리 개발되길 바라는 마음을 가져보며 글을 마치도록 하겠습니다.