바이오 융합 금 나노입자를 이용한 암세포 유전자의 초고속 진단기술 개발

고려대 심상준 교수 연구팀이 암세포 유전자의 변이를 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 바이오 융합 금 나노입자 기반의 바이오센서를 개발했다고 한국연구재단이 26일 밝혔다.

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 세포내 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 돌연변이를 감지하는 바이오센서를 개발했다. 단 2분 만에 분자 수준에서 돌연변이를 정밀하게 검출해냈다.

점 돌연변이는 DNA를 구성하는 염기 중 하나가 변환되어 나타나는 돌연변이를 말한다.

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 것”이라고 연구의 배경과 의미를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 기초연구사업(중견연구)와 기후변화대응기술개발사업(Korea CCS 2020), (주)코디엠의 지원으로 수행되었다.

국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 2월 19일 게재되었다.

[e-mail] 조석장 기자