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UST 과학기술연합대학원대학교

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K-진단키트의 핵심기술, PCR의 모든 것

  • 조회 : 1031
  • 등록일 : 2020-05-04
K-진단키트의 핵심기술, PCR의 모든 것의 대표사진

과학상식

K-진단키트의 핵심기술, PCR의 모든 것

코로나 19 확산이 수개월째 이어지고 있습니다. 조금만 참으면 금방 예전의 일상을 되찾을 거라고 생각했는데, 치료제나 백신이 개발되지 않으면 지금의 상황이 계속될 거라는 관측이 나오고 있죠. 현재 인류가 코로나 19에 맞설 유일한 방패는 진단키트입니다. 특히 우리나라 진단키트는 95%에 이르는 정확도, 빠른 검사 속도로 바이러스 확산을 막는 데 지대한 역할을 하고 있는데요. 이 진단키트의 근간이 되는 기술이 바로 PCR(중합효소연쇄반응) 기법입니다. 미디어에서 매일매일 수없이 오르내리는 그 이름이죠.

DNA의 특정 부분만 얼마든지 복제한다

1993년 개봉한 영화 <쥬라기 공원> 도입부에 아주 흥미로운 장면이 나옵니다. 어느 날 과학자들이 호박 화석을 발견해요. 그 안에는 공룡의 피를 빨아먹은 모기가 그대로 보존돼 있었죠. 과학자들은 모기 속에 있는 공룡의 피에서 DNA를 추출해 PCR 기법으로 공룡을 복원하는데 성공합니다. 물론 이 기발한 장면은 현재의 기술로는 실현 불가능하지만, 영화가 과학지식을 기반으로 제작되었다는 것을 알 수 있는 대목이죠.

PCR 기법은 1985년 미국의 생화학자 캐리 멀리스에 의해 개발되었습니다. 이는 DNA 유전자 연구의 획기적인 진보를 가능하게 한 것으로써, 소량의 특정 DNA를 수만 배까지 증폭시킬 수 있죠. 그는 이 기법 개발에 대한 공로를 인정받아 1993년 노벨화학상을 수상했습니다.

때는 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 DNA 이중나선 구조를 밝혀냈을 때로 거슬러 올라갑니다. 과학자들은 이때부터 어떻게 하면 유전자 조작을 할 수 있을지에 대해 고민하기 시작했는데요. 유전자 조작 연구를 하려면 대량의 DNA가 필요한데, 특정 DNA를 추출하는 것은 너무 어렵고 양이 적어 연구에 한계가 있었습니다. 캐리 멀리스는 특정 부분의 DNA만 증폭시키는 방법으로 문제해결에 접근했습니다.

하지만 그가 처음 고안한 PCR 기법에도 한계가 있었습니다. 이 기법은 열변성 과정, 프라이머 부착, 신장 단계를 반복하며 DNA를 증폭하는데요. DNA 이중가닥을 분리하는 열변성 과정에서 온도를 94℃까지 올려야 하는데, 고온 상태에서는 DNA 중합효소가 변성되는 문제가 있었습니다. 이는 일본의 미생물학자 사이키에 의해 풀렸습니다. 뜨거운 온천에서도 생존할 수 있는 테르무스 아쿠아티쿠스라는 세균의 단백질에서 Tag DNA 중합효소를 분리해낸 거죠. 이것이 PCR 기법의 한계를 보완하면서 기술이 완성되었습니다.

PCR, 생명공학의 연금술

PCR 기법은 이제 우리 일상 깊숙이 들어와 있습니다. 돌연변이 분석, 유전병 진단, cDNA 합성, 코로나 19와 같은 바이러스나 각종 병원균 검출 초기 식별, 유전자 지도 작성, 멸종된 과거 생물이나 현존 생물의 상호 유연관계를 규명하는 진화 생물학, 범죄 과학수사 등에 활용되죠. ‘생명공학의 연금술’이라는 별칭이 괜히 붙은 게 아니라는 생각이 듭니다.

우리나라에서 개발한 코로나 19 진단키트에 사용하는 기술은 ‘실시간 유전자 증폭 검사(RT-PCR)’입니다. 진단검사 과정은 검체 채취, 운송, 유전물질(핵산) 추출, 실시간 PCR 장비 가동, 판독, 보고 단계로 이루어져 있으며 약 6시간 정도 소요되죠. 검사에만 소요되는 시간은 3시간에 불과합니다.

세계보건기구(WHO) 가이드라인에 따르면 코로나 19가 가지고 있는 특정 유전자를 2개 이상 검출해야 양성으로 판정내릴 수 있는데요. 각 업체의 진단키트마다 검출하는 유전자가 다릅니다. E 유전자와 RdRP 유전자를 찾는 진단키트, ORF1a 유전자와 N 유전자를 찾는 진단키트 등이 있지요.

세계는 여전히 혼란스럽습니다. 이 혼란이 언제 끝날지 예상하기 힘든 상황이지요. 하지만 인류는 이 난관을 과학의 힘으로 타개해 나갈 것이 분명합니다. 지금까지 그래왔듯이 앞으로도 그럴 거예요. 전 세계 과학계 연구자들이 코로나 19의 ‘과학적인 돌파구’를 찾기 위해 열정을 쏟고 있으니까요.

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