건국대 연구이 탄소소재인 그래핀을 산화시켜 생성한 산화 그래핀을 이용해 인체에서 백혈병을 유발하는 돌연변이 유전자를 기존보다 쉽게 찾아내는 기술을 처음으로 개발했다.

건국대 생명특성화대학 특성화 학부(생명공학) 김동은 교수팀은 산화그래핀(graphene oxide)을 이용한 형광핵산의 형광발생/소멸을 이용한 유전자 검사법을 개발해 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)가 발간하는 화학분야의 권위 있는 국제 학술지인 ‘케미컬 커뮤니케이션즈’(Chemical Communications)(영향지수, IF=6.7)에 발표했다.

교수팀은 탄소소재인 그래핀을 산화시켜 생성한 산화그래핀을 이용하여 백혈병 유발 돌연변이 유전자의 탐색을 기존의 방법보다 편리하고 정량적으로 가능하게 했다.

특히 산화그래핀의 단일가닥핵산 결합과 형광소광성질을 이용해 RNA와 DNA에 생긴 돌연변이를 형광핵산을 탐침자(probe)로 이용해 정량적으로 검출하는 방법을 세계최초로 고안해냈다.

 

김동은 교수 지도아래 BK21플러스사업(응용생명공학사업단)의 장학생으로 지원받고 있는 홍채선(사진 가운데) 석사과정 학생과 노경민(사진 오른쪽) 석사가 제1저자로 각각 참여한 이번 연구논문은 지난 2월26일과 3월23일 1개월 사이 두 편이 연달아 온라인에 게재됐다.

[논문명: ‘Fluorescence-based detection of single-nucleotide changes in RNA using graphene oxide and DNAzyme’(홍채선 외 5인), ‘A simple PCR-based fluorometric detection of mutant fusion DNAs using quencher-free fluorescent DNA probe and graphene oxide’(노경민 외 7인)]

3월 23일자로 발간된 논문(A simple PCR-based fluorometric detection of mutant fusion DNAs using quencher-free fluorescent DNA probe and graphene oxide)에서 교수팀은 만성 골수성 백혈병의 돌연변이 융합유전자 중 여러 가지 타입의 스플라이스 변이체 (Splicing variants)를 PCR반응과 형광핵산 탐침자, 그리고 산화그래핀을 이용해 형광 발생여부를 쉽게 검출하는 방법을 개발했다.

교수팀은 실제 환자 샘플에서 유래한 유전자를 100% 정확하게 진단해 검출방법의 우수성을 입증했다.

지난 2월 26일에 출간된 논문(Fluorescence-based detection of single-nucleotide changes in RNA using graphene oxide and DNAzyme)에서는 RNA에 생긴 백혈병 항암제 내성을 보이는 돌연변이 유전자를 유전자 절단 가위인 DNAzyme을 이용하여 선택적으로 절단하고 이를 형광핵산 탐침자와 산화그래핀을 이용해 형광 발생여부를 탐지해 구분해냈다.

이번 연구는 한국연구재단에서 지원하는 중견연구자 지원(도약연구)사업과 의학-첨단과학기술융합 원천기술개발사업의 지원으로 이루어졌다.

김동은 교수는 “이번 연구는 신소재를 이용한 유전자 진단 분야의 선도적인 연구로, 연구를 주도한 석사학생들의 노력과 건국대 연구진의 원천기술이라는 점에서 그 가치가 크다”며 “앞으로 이번 연구를 기반으로 한 유전자 진단 키트 개발을 기술 이전해 임상에 적용함으로써 전량 수입에 의존하는 유전자 검사키트를 국내 기술과 제품으로 대체하여 부가가치 효과를 극대화 하겠다”고 말했다.

그림 1.  산화그래핀과 돌연변이 RNA를 절단하는 DNAzyme을 이용한 형광기반 단일염기 변이 검출.

그림 2. 산화그래핀(GO)과 중합효소연쇄반응(PCR)을 이용한 형광기반 돌연변이 융합유전자 검출.