College Of Engineering
서울공대 이야기
서울대 권성훈 교수팀
정확한 DNA 변이 분석 위한 염기서열 분석 오류 검증 기술 개발

-  간단한 피 검사로도 암 조기진단이 가능한 DNA 분석 기술 실현


▲ 서울대 전기정보공학부 권성훈 교수팀 (왼쪽부터) 염희란 연구원, 이용희 연구원, 권성훈 교수
 
암을 조기에 진단할 수 있도록 암세포 DNA 변이의 정확한 분석을 돕는 검증기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
 
서울대 공대(학장 차국헌)는 전기정보공학부 권성훈 교수팀이 암 조기 진단을 위한 매우 낮은 비율의 암세포 DNA 변이를 정확하게 분석할 수 있는 차세대 염기서열 분석(Next Generation Sequencing, NGS) 오류 검증기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
 
2003년 4조원이라는 천문학적 비용이 필요했던 인간 유전체 분석이 2006년 차세대 염기서열 분석 기술(NGS)로 100만 원의 비용으로 가능해졌다. 이후 NGS는 생명공학, 의학, 약학 등 생물학적 연구는 물론, 임상에서 질병의 진단과 처방을 위해서도 활용되고 있다.
 
그러나 NGS를 이용한 DNA 분석을 임상에 적용하기 위해 해결해야 하는 과제 중 하나는 높은 오류율을 극복해야 하는 것이다. 특히 암 조기진단을 위해서는 매우 낮은 비율로 존재하는 암세포의 DNA 변이를 분석해야 하므로 NGS 오류를 검증하는 기술이 필수적이다. 이러한 NGS 분석은 암 조기진단 이외에도 산모 내 태아 유전자 검사(비침습성 산전 검사), 장기 이식 거부반응 검사 등과 같이 낮은 비율의 DNA 변이를 검사하는 경우에도 필요하다.
 
이에 권성훈 교수팀은 NGS의 오류가 분석과정에서 DNA에 변이가 생기는 것이 아니라 광학적 감지 시 발생한다는 것에 착안하여 NGS 오류를 검증하고자 하였다. 따라서 NGS 분석에서 오류로 읽힌 DNA 분자들만을 레이저로 추출해 복제 후에 NGS 분석 결과와 독립적으로 재분석하고자 했다. 그 결과 NGS 분석결과에서는 DNA 변이로 분석되었으나 실질적으로는 NGS의 분석과정에서 생긴 광학적 감지 오류임을 밝힐 수 있었다.
 
연구팀은 이러한 방법을 통해 NGS 광학적 감지 오류를 정확하게 구별해냄으로써 최종적으로 0.003% 변이율의 DNA 변이까지 NGS 분석이 가능함을 증명했다. 나아가 기존에 NGS 기기 자체에서 정해지는 품질 점수(Q-score)에 의존하는 기존 검증법의 한계를 극복했다. 연구팀이 제안한 방법은 레이저로 추출해낸 DNA 분자를 다른 염기서열 분석 기기로 재분석할 수 있어, 염기서열 분석 품질 점수에 의존하지 않고 NGS 오류를 검증할 수 있다.
 
이번 연구를 이끈 권성훈 교수는 “NGS 오류 검증 기술을 통해 간단한 피 검사만으로도 암 조기진단이 가능한 매우 정확한 DNA 분석 기술을 개발했다”며, “생명공학, 광학, 전자공학 등 다학제간 융합 연구로 이룬 성과”라고 설명했다.
 
이번 연구 결과는 세계적인 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 2019년 2월 28일 게재되었다.

 

▲ 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술의 오류 발생 원인


▲ 본 연구진이 개발한 차세대 염기서열 분석(NGS) 오류 검증 방법


▲ 매우 낮은 변이율의 DNA 돌연변이 예시 (Goodwin, S., McPherson, J. D. & McCombie, W. R. Coming of age: ten years of next-generation sequencing technologies. Nat Rev Genet 17, 333–351 (2016))
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