DNA에 빛을 비추다: 빠르고 매우 민감한 PCR 없는 검출 방법

PCR 유전자 분석은 COVID-19 이후로 주목을 받았지만, 이제 빛이 PCR을 사용하지 않는 방법을 더욱 용이하게 만들고 있습니다.

오사카 수도대학교 연구진은 이종 프로브 입자를 이용한 광 유도 DNA 검출 기술을 개발했습니다. 이 기술은 PCR 증폭 없이도 초고감도, 초고속 유전자 분석을 가능하게 합니다. 이러한 발전은 의학, 환경 과학, 그리고 휴대용 진단 분야에서 더욱 빠르고, 저렴하며, 정밀한 유전자 분석의 길을 열어주고 있습니다.

DNA 변화 분석 수단으로서, 감염병 진단, 조기 암 발견, 식품 안전 검증, 환경 DNA 분석에 필수적인 유전자 검사는 오랫동안 PCR(중합효소 연쇄 반응)을 표준으로 삼아 왔습니다. 코로나19 팬데믹 이후 "PCR"이라는 용어는 우리 일상의 일부가 되었습니다. 하지만 PCR 검사를 경험해 본 사람들은 알다시피, PCR 검사는 저렴하거나 빠르지 않습니다. 일반적으로 중앙 집중식 실험실, 대형 장비, 그리고 특별히 훈련된 인력이 필요합니다.

"우리의 광 유도 방법은 PCR을 필요로 하지 않고 DNA를 검출합니다." 이 연구의 주요 저자로는 프로젝트 강사인 슈이치 토요우치, 부소장인 시호 토코나미 교수, 오사카 수도권 대학 광 유도 가속 시스템 연구소(RILACS) 소장인 타쿠야 이이다가 있습니다.

검출을 위해 표적 DNA를 수백만 개 복사하여 DNA 서열을 증폭시키는 PCR과 달리, 이 방법은 DNA를 농축하고 강력한 광학적 힘과 광열 효과를 통해 특이성을 높여 DNA를 직접 검출합니다.

연구팀은 금 나노입자와 폴리스티렌 미립자를 포함한 이종 프로브 입자를 이용한 시스템을 개발했습니다. 이 프로브는 표적 DNA의 상보적인 서열과 혼성화되거나 결합하도록 설계된 짧고 알려진 DNA 서열입니다. DNA 혼성화라고 알려진 이 과정을 통해 일치하는 가닥들이 서로 결합하게 되어 형광을 통해 쌍을 검출할 수 있습니다.

연구진은 표적 DNA와 프로브 입자가 포함된 용액에 레이저 광을 조사했습니다. 입자 크기가 레이저 파장과 일치하면 미 산란(Mie Scattering)이라는 현상이 발생하여 입자를 이동시키고 DNA 혼성화를 가속화하는 광학적 힘이 발생합니다. 금 나노입자는 레이저 광을 흡수하여 국소적인 열, 즉 광열 효과를 생성하여 혼성화 특이성을 더욱 향상시킵니다.

"약 5분간의 레이저 광선 조사를 통해, 저희 방법은 디지털 PCR보다 한 자릿수 더 높은 민감도로 정확한 돌연변이를 검출할 수 있는 엄청난 잠재력을 보여주었습니다."라고 도요우치, 도코나미, 이이다는 기술했습니다.

이 방법은 PCR 증폭이 필요 없으므로 비용이 절감되고, 검사가 간소화되고, 결과 도출 속도가 빨라져 건강 관리, 식품 안전부터 환경 보호, 개인 건강 추적까지 일상 생활에서 유전자 분석을 보다 쉽게 ​​이용할 수 있게 됩니다.

이이다 박사는 "저희는 이 PCR 없는 기술을 고감도 암 진단, 양자 생명 과학 연구, 심지어 가정이나 환경에서의 DNA 검사에도 적용하는 것을 목표로 합니다."라고 말했습니다.

해당 연구는 ACS Sensors 에 게재되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250422131954.htm