이번 포스트에서는 DNA, 단백질들을 시각화하기 위해 사용되는 각종 tracer들에 대해 알아보도록 하자.
과거에는 (그리고 사실 현재도) radioactive한 동위원소(방사성 동위원소)를 이용해서 특정 물질을 tracing하는 방식이 많이 이용되었음. 이런 방식을 이용하면 극소량의 물질도 detecting할 수 있음.
그렇다면 radioactive한 동위원소를 처리해준 녀석을 어떻게 관찰할 수 있을까.
가장 대표적으로 사용할 수 있는 방법 중 하나가 autoradiography임.
위 그림과 같이 DNA 중 특정 부분을 32P로 동위원소 표지한 후 electrophoresis해줌. 이후 x-ray film(감광필름)에 분리가 완료된 gel을 1시간에서 하루 사이 시간 동안 노출시켜줌. 그러면 labeled DNA로부터 radioactive emission이 발생하고 발생한 radioactive emission이 x-ray 필름에 검은 band로 기록됨.
이 때 위 그림과 같이 dark band의 크기(intensity)에 따라 labeled DNA의 양을 정량적으로 파악할 수도 있음. (정량적으로 양을 파악하고자 할 때에는 densitometer를 주로 사용함)
한편, autoradiography보다 훨씬 더 민감하게 방사성 동위원소를 감지할 수 있는 방법으로 phosphorimaging이 있음.
이 때도 동위원소로 표지한 DNA를 gel electrophoresis로 내리는 것은 동일함. 그러나 이후 감광할 때 사용하는 plate가 앞서와는 다름. 이 경우 phosphorimager plate(IP plate)를 사용함. 이 plate를 이용해서 분리가 완료된 gel을 1주일간 -80도에서 감광함.
이후 감광이 완료된 이 plate를 detector에 넣고 관찰하면 위와 같은 결과를 얻을 수 있음.
한편 그 밖에, 방사성 동위원소를 처리한 sample이 solution(액체) 상태로 존재할 수도 있는데, 이 경우 liquid scintillation counting method를 활용함. 실제로 solution 상태의 sample을 이 기계에 넣을 시 알아서 방사성 동위원소의 양을 정량적으로 측정해줌.
그런데 radioactive tracer는 아무래도 건강상 좋지 않고, 다루기도 쉽지 않으며, 실험 이후 폐기 시에도 매우 주의하여야 함. 그렇다 보니 이런 문제가 비교적 적은 nonradioactive tracer들이 많이 개발됨. (물론 그럼에도 불구하고 아직도 radioactive tracer도 종종 사용되고 있음)
nonradioactive tracer들은 대부분 enzyme을 사용하며, 수많은 종류가 있음. 여기서는 그 중 한 종류에 대해서만 알아보자.
(보다 더 자세한 종류에 대해서는 차후 면역학 관련 포스트에서 다룰 예정임)
위 그림과 같이 내가 target하고자 하는 gene 부위가 있을 시 이에 결합 가능한 dNTP 서열을 제작함. 이 때 제작한 dNTP 서열에는 biotin이 붙어 있는 상태임. (이 상태를 biotinylated되어 있다고 표현함) 이후 이 서열을 denature 시켜서 한 가닥으로 만든 후 우리가 표지하고자 하는 DNA가 들어있는 sample에 첨가함. 이후 avidin-alkaline phosphatase를 첨가해주는데, 이 때 avidin은 biotin과 매우 잘 결합하는 녀석임. 한편 avidin과 함께 딸려온 alkaline phosphatase는 어떤 물질로부터 phosphate를 분리해주는 활성을 가지고 있음.
이후 phosphate가 붙어있으며, phosphate가 떨어질 시 비로소 형광을 낼 수 있는 물질을 넣어주게 되면 sample 내에 target DNA가 있을 때만 발광을 하게 됨. 이를 detecting할 시 targeted DNA의 존재 여부, 위치를 알 수 있음.
다음 포스트에서는 핵산의 hybridization(혼성화)를 이용한 각종 실험 방법들에 대해 알아보도록 하자.