이번 포스트에서는 핵산의 hybridization(혼성화)를 이용한 각종 실험 방법들에 대해 알아보도록 하자.
hybridization은 우리가 원하는 표적 target(DNA or RNA)과, 이 target에 상보적인 서열로 이루어진 probe(탐침) 간에 일어나게 되는 결합을 의미함. hybridization을 이용할 시 많은 연구를 수행할 수 있음.
southern blots (서던 블롯)
우선 southern blot에 대해 알아보자.
이 때 southern은 처음 개발한 사람의 이름으로부터 유래함. (참고로 뒤이어 보게 될 northern blot, western blot은 처음 개발된 southern blot의 이름으로부터 영감을 얻어 이름붙인 것임) 이 방법은 DNA를 감지하는 방법임.
위 그림에 southern blot의 대략적인 과정이 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.
우선 DNA를 제한효소를 이용해 절단시켜 짧은 조각들을 만들어줌 .이후 gel electrophoresis(전기영동)를 수행함. 그리고 이 gel을 위 그림의 두 번째에 나타나 있는 노란색 부분에 위치시킨 상태에서 그 위에 filter, absorbent paper를 쌓아줌. 그러면 모세관 현상에 의해 gel에서 filter로 DNA가 전이됨. 이후 filter에 자외선을 쏘여서 핵산과 filter 사이에 교차 결합을 형성시켜 줌.
한편 이후 탐지하고자 하는 DNA 서열에 상보적으로 붙을 수 있는 DNA probe를 제조해서 이를 filter에 처리한 후 hybridization을 진행함.
다음으로 최종적으로 이후 이전 포스트에서 본 것과 같은 방법으로 감광시켜 특정 DNA의 존재를 확인함. (보통 autoradiography로 보는 것이 일반적임)
이 southern blot은 많은 실험실에서 루틴하게 쓰이는 실험방법은 아니지만 우리가 뉴스에서 흔히 접할 수 있는 것처럼 친자검사, 법의학에서의 DNA 검사 등을 수행할 때 이 방법을 많이 사용함. 이 때 이러한 검사들을 원리적으로 명명한 것이 바로 DNA fingerprinting(DNA 지문 분석)임. 지금부터 이에 대해 자세히 알아보자.
DNA fingerprinting (DNA 지문 분석)
DNA fingerprinting에서는 모든 인간이 공통적으로 가지고 있는 minisatellite DNA에 대한 probe를 사용함. 이 때 minisatellite DNA는 반복적으로 여러 copy가 존재하는데, 이 때 개체에 따라 이 copy의 수, 위치가 다양함. 따라서 몇 종류의 minisatellite DNA에 대한 copy number variation에 따라 각기 특이적인 southern blot 밴드 패이 나타날 것이고 이를 이용해서 법의학적 분석, 혹은 친자 검사 등을 수행함. (자손이라면 물려받은 유전자가 같으므로 이 밴드 패턴에 있어서 겹치는 부분이 관찰될 것임)
이 때 우선 개체의 유전체를 특정 제한효소로 잘라준 후 이를 southern blot해줌. 결과적으로 앞서서도 설명했듯이 minisatellite DNA의 copy 수, 위치가 달라지면 여러 조각에 의해 생성된 band 중 어떤 band에 표지될지의 여부가 달라지므로, 그 결과 band pattern이 달라지게 됨. (이 때 적절한 수의 probe만을 사용해야 하며 지나치게 많은 probe를 사용할 시 데이터를 알아보기 어려워질 수 있음)
in situ hybridization (in situ 혼성화)
in situ hybridization은 세포 내 염색체 중 우리가 보고자 하는 gene이 어디에 위치하는지에 대해 관찰할 수 있는 방법임. 이 때 DNA를 부분적으로 denature시키고 single-strand(단일가닥) 부분을 만들어서 labeled probe를 hybridize시켜줌. 이후 chromosome을 염색해줌. 이러한 방식으로 chromosome 내에서 labeled DNA가 어디에 위치하는지를 아래 그림과 같이 확인할 수 있음.
한편 이 때 radioactive probe를 사용하지 않고 fluorescence probe(형광 탐침)를 사용하여 in situ hybridization을 수행할 수도 있는데 이 방식을 fluorescence in situ hybridization(FISH)라고 부름.
Immunoblot (Western blot, 웨스텃 블롯)
immunoblot(western blot)은 실험 과정 상으로는 southern blot과 유사하며, 그 대신 이 방법을 이용하면 단백질을 감지할 수 있음.
다만 이 과정에서는 probe로 특정 단백질에 결합하는 antibody(항체)를 사용함. (그리고 이러한 과정 이전에 우선 protein을 분리해내기 위해서는 당연히 SDS-PAGE를 수행해 줘야 할 것임)
다음 포스트에서는 DNA sequening (DNA 시퀀싱)에 대해 알아보도록 하자.