은 나노입자를 이용해 기존보다 최대 5배 높은 효율로 DNA를 정밀하게 자르고 붙이는 기술이 개발됐다.
일본 나고야대와 기후대 공동 연구팀은 은 나노입자로 특정 DNA 서열을 정밀하게 절단하고 재조합하는 기술을 개발했다고 10일(현지시간) 국제학술지 '뉴클레익 애시드 리서치'(Nucleic Acids Research)에 발표했다.
유전 공학은 특정 부위를 자른 DNA 조각을 다른 DNA 서열에 붙여 원하는 유전 정보를 만들어내는 기술이다. 작물 품종 개량, 유전병 치료, 신약 개발 등에 필수적이다.
기존에는 특정 염기서열만 인식하는 '제한 효소'를 사용해 DNA를 잘랐다. 하지만 이 방식은 절단 부위가 한정적이고, 재결합을 위해 필요한 '점착 말단'이 너무 짧게 생성돼 DNA 조립 효율이 떨어지는 한계가 있었다.
연구팀은 제한 효소 대신 화학 반응으로 DNA를 절단하는 방법을 연구했다. 처음에는 은 이온을 사용했으나, DNA 회수율이 14%에 그쳐 실용성이 낮았다.
이에 연구팀은 은 이온 대신 은 나노입자를 활용했다. 은 나노입자는 반응 후 원심분리를 통해 쉽게 제거할 수 있어 DNA 회수율을 높일 수 있을 것으로 판단했다.
연구팀은 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 나노입자를 코팅해 안정성을 높였다. 그 결과 37도의 온도에서 31시간 만에 DNA 절단 효율을 92%까지 끌어올렸다. 최종적으로는 50도 환경에서 1~2시간 내에 91% 이상의 효율을 달성하는 데 성공했다.
이 과정에서 불필요한 DNA 조각들이 나노입자 표면에 붙어 함께 제거되면서, 원하는 DNA 조각만 남게 되는 정제 효과도 나타났다. 이를 통해 최종 DNA 회수율은 기존 14%에서 98%로 크게 향상됐다.
특히 이 기술은 기존 제한 효소로는 만들기 어려웠던 8~18개 염기 길이의 긴 점착 말단을 생성할 수 있었다. 18개 염기 길이의 점착 말단을 사용했을 때 DNA 결합 효율은 44%로, 기존 방식(4개 염기, 8%)보다 5배 이상 높았다.
연구팀은 이 기술을 이용해 녹색형광단백질(GFP) 유전자를 조립한 뒤 인간의 헬라 세포에 주입해 단백질이 정상적으로 발현되는 것을 확인하며 기술의 실용성을 입증했다.
논문의 제1 저자인 이나가키 마사히토 조교수는 "이 기술이 암 백신용 mRNA 라이브러리 구축, 유전자 치료, 인공 단백질 의약품 개발 등 다양한 분야에 유용할 것"이라고 밝혔다.
그는 이어 "현재 2개의 DNA 조각을 결합하는 데 성공했으며, 다음 단계는 여러 조각을 동시에 결합할 수 있는지 확인하는 것"이라며 "이는 게놈 규모의 DNA를 구축하는 핵심 단계가 될 것"이라고 덧붙였다.