[유전학] 10.3 : DNA sequencing

 

 

이번 포스트에서는 DNA sequencing 방법에 대해 알아보자.

 

 

고전적인 DNA sequencing 방식은 sanger sequencing, 혹은 dideoxynucleotide chain-termination sequencing 방법으로 대표할 수 있음.

 

 

 

 

원래 DNA는 위 그림 위쪽에 나타난 것처럼 2번 탄소에는 H가, 3번 탄소에는 OH가 달려있음. 그런데 위 그림 아래와 같이 3번 탄소에도 H가 달린 ddNTP를 사용할 시 DNA 중합반응이 더이상 일어나지 못하게 됨.

 

 

 

 

실제로는 위 그림에 나타난 바와 같이 dNTP와 함께 극소량의 ddNTP를 첨가한 채로 DNA 합성을 random하게 중단시킨 후 sequencing을 진행하게 됨.

 

 

초기에는 4종류의 ddNTP를 각각 하나씩 넣어가며 실험함. 그러다가 각 ddNTP를 다른 색 dye로 표지한 후 한번에 넣어 laser로 detect하는 기술이 개발됨.

 

 

 

 

 

실제 결과는 위와 같이 나타나며, 이를 reading할 시 sequencing을 수행할 수 있음.

 

 

 

다음으로 NGS(next-generation sequencing)에 대해 알아보자.

 

 

NGS를 이용할 시 DNA 뿐 아니라 mRNA를 읽는 것도 가능함. (사실 mRNA를 sequencing하고자 하는 시도가 이루어진 이유 중 하나는, 그 당시 거금을 들여 개발된 sequencing method의 사용용례를 찾기 위해서였음)

 

 

NGS를 이용할 시 고전적인 sequencing 방법에 비해 훨씬 빠르고 값싸게 sequencing을 할 수 있음.

 

 

 

 

위 그림에는 NGS의 한 예가 나타나 있는데, 보면 bead에 붙은 DNA를 100만개의 well에 한개씩 넣어준 후 pyrosequencing을 이용해 light을 감지하는 방식으로 sequencing을 수행함.

 

 

심지어 지금은 single cell 수준에서의 sequencing이 가능하고, 그 결과 한 cell 내에 있는 mRNA의 종류와 수를 다 파악하는 것이 가능함.

 

 

이러한 손쉽고 싸며 빠른 NGS 기술의 개발이 bioinformatics라는 분야의 발전을 견인함. bioinformatics라는 학문은 gene structure, gene sequence, gene expression, protein structure, protein function과 관련된 data들을 organize하고 share하고 analyze하는 computer-base의 method를 개발하는 것을 주요 목적으로 두고 있음.

 

 

 

한편 human genome project의 후속으로 진행되는 대표적인 project가 있는데, personal genome project(PGP)와 human microbiome project가 바로 그것임.

 

 

 

 

genome 전체를 연구하는 genomics로부터 시작해, 현재는 각종 omics 분야들이 급부상하고 있음. 예를 들어 genomics, proteomics, metabolomics, metagenomics, transcriptomics 등이 있음.

 

 

한편 GenBank는 가장 중요한 genomic database이며 NCBI(national center for biotechnology information)에서 운영하는 database임.

 

 

 

 

그 밖에 위 그림에 나타나 있는 것과 같은 data들를 처리할 수 있는 BLAST라는 application이 있는데, BLAST는 DNA, 혹은 단백질 서열을 기존의 database와 비교하여 얼마나 유사한지, 유사한 부분은 어디인지를 확인해주는 application이라 생각하면 됨.

 

 

 

 

그리고 위 그림상에 나타나 있는 것과 같은 microarray 분석법을 이용할 시 transcriptome analysis를 수행할 수 있음. 보면 plate에 DNA를 박아넣은 후 형광표지된 mRNA를 뿌려서 결합여부를 관찰함.

 

 

 

 

위 그림에는 microarray를 이용해 얻은 실험 결과의 예시가 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

이런 방법을 이용하면 NGS보다는 값이 싸게 mRNA를 분석할 수 있다는 장점이 있지만, 정확히 몇 번 읽혔는지, 즉 절대적인 발현양의 정도는 알기 쉽지 않음.

 

 

 

다음 포스트에서는 여타 다른 기술들에 대해 간략히 알아보도록 하자.