바이오융합 금 나노입자 이용, 암세포 유전자 초고속 진단기술 개발 - 심상준 교수팀 유전자 변이 신속하고 정확하게 검출하는 바이오센서 개발 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 게재돼 - 
▲ 심상준 교수(교신저자, 왼쪽), 마흥의(Xingyi Ma) 박사(제1저자, 오른쪽) 공과대학 화공생명공학과 심상준 교수 연구팀이 암세포 유전자의 변이를 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 바이오 융합 금 나노입자 기반의 바이오센서를 개발했다. 과학기술정보통신부‧한국연구재단의 기초연구사업(중견연구)와 기후변화대응기술개발사업(Korea CCS 2020), (주)코디엠의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 2월 19일자로 게재됐다.
*논문명 : Single gold-bridged nanoprobes for identification of single point DNA mutations
*저 자 : 마흥의(Xingyi Ma) 박사(고려대학교/제1저자), 송소진(고려대학교), 김수현(고려대학교), 권미선 박사(서울대학교), 이현숙 교수(서울대학교), 박원장 교수(콜로라도 대학교), 심상준 교수(고려대학교/교신저자)
유방암의 조기 진단과 예방을 위해 유전자 검사에 대한 관심이 높다. 2013년 미국 영화배우 안젤리나 졸리가 BRCA1 유전자의 돌연변이를 발견하고 예방적 유방 절제술을 받으면서 더욱 주목받기 시작했다. BRCA1 유전자는 세포 내 DNA 손상을 복구하고 종양을 억제하는 역할을 하며, 돌연변이가 발생하면 유방암 발병률이 80%에 달한다. 정밀한 유전자 돌연변이 검출을 위해 많은 기술개발이 있었지만, 아직까지 검출 시간, 민감도 등의 측면에서 한계가 있다. 연구팀은 금 나노입자의 빛에 대한 민감도를 이용해 유전자의 점 돌연변이*를 감지하는 바이오센서를 개발했다. 단 2분만 에 분자 수준에서 돌연변이를 정밀하게 검출해냈다.
(* 점 돌연변이 : DNA를 구성하는 염기 중 하나가 변환되어 나타나는 돌연변이) 유전자를 복구하기 위해 점 돌연변이 부분에 뮤트S(MutS) 단백질이 결합하는데, 이 과정을 금 나노입자의 산란광 변화를 통해 감지했다. 금 나노입자의 민감도를 대폭 향상시키기 위해 일반적인 공‧막대 모양이 아닌, 두 입자가 연결된 듯한 ‘나노 브릿지’ 형태로 설계됐다. 개발된 금 나노입자 바이오센서를 적용해 실제 암 세포주에서 점 돌연변이의 유무뿐 아니라 어떤 변이가 발생했는지까지 진단하는 데 성공했다. 점 돌연변이의 종류가 달라지면 뮤트S 단백질의 결합 속도에 영향을 받는 원리를 이용했다. 심상준 교수는 “이 연구는 단일 나노입자의 독특한 형태를 통해 빛에 대한 민감도를 대폭 향상시킨 광학 플랫폼 기술”이라며, “극소량의 시료만으로도 다양한 유전적 질환을 쉽고 빠르게 실시간으로 진단할 수 있으므로 환자 맞춤형 치료를 위해 의료 현장에서 폭넓게 활용될 수 있을 것이다”라고 연구의 배경과 의미를 설명했다.
[ 그 림 설 명 ] 
(그림 1) 형태별 입자의 민감도 비교 및 ‘나노 브릿지’ 구조 제작
각기 다른 네 가지 형상의 금 나노입자들의 주변 매질 굴절률 대비 산란광의 피크 이동을 분석한 결과 나노 브릿지 구조가 가장 광에 대한 민감도가 높음을 확인하고 해당 구조의 입자를 제작하였다.
(그림 2) 8가지 종류의 BRCA1 유전자 점 돌연변이의 속도론적 분석 BRCA1 유전자 상에 발생한 점 돌연변이의 종류에 따른 MutS 단백질과의 상호작용을 속도론적으로 분석한 결과 GT>GG>+C>AA>TC>-C>AC>GA 점 돌연변이 순으로 높은 속도 상수를 나타내었다. 
(그림 3) 2가지 암 세포주에서 BRCA1 유전자의 점 돌연변이 분석
암 세포주(왼쪽 유방암, 오른쪽 난소암) 내에 존재하는 BRCA1 유전자의 점 돌연변이 종류를 분석했다. 유방암 세포주(HCC1937)에서는 삽입 돌연변이(+C)가 난소암 세포주(SNU-251)에서는 치환 돌연변이(G>A)가 발생한 것을 밝혀내었다.
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