DNA fingerprint #

• DNA지문은 DNA 염기서열에 나타나는 개인 고유의 특징으로, 사람을 식별하는데 사용 가능한 것이 마치 손가락 지문과 비슷하다 하여 붙여진 이름이다. DNA지문으로 개인을 식별하는 과정을 DNA 지문분석법(DNA fingerprinting, DNA profiling, DNA testing, 또는 DNA typing)이라 부른다. DNA지문은 범죄자를 가려내는 법의학적 수단으로 가장 흔히 사용되며, 친자 확인, 계보 연구, 기초의학적 연구에도 활용되며, 나아가 동물학, 식물학 및 농학에서도 널리 사용되어 왔다.
• 1985년 영국의 레스터 대학 유전학 교수인 알렉 제프리(Alec Jeffrey)
  • DNA 상의 특정 부위의 형태가 천차만별인 것을 발견
• DNA로 구성되는 Genome 중 단백질을 암호화하고 있지 않은 영역(noncoding region)의 길이가 다형성에 의해 개인마다 다른 특징을 이용하여 식별하는 자료로, 이것을 DNA 지문 또는 DNA 프로필이라고 부른다.

How does DNA fingerprinting work? - Naked Science Scrapbook, YouTube

https://www.yourgenome.org/facts/what-is-a-dna-fingerprint

DNA fingerprint 판독 방법 #

VNTR/STR #

• VNTR(Variable Number Tandem Repeat) : 염색체 속의 DNA 염기서열이 일정한 반복구조를 갖고 있다는 점에 착안한 것으로, 염기서열의 반복구조는 개인별로 적게는 1회에서 많게는 수 10회까지 나타난다. 즉 DNA의 특정 부위의 VNTR의 단위 반복 횟수 차이에 의한 증폭된 DNA 단편의 길이의 차이가 발생하는 것을 이용한다

• STR(Short Tandem Repeat) : 짧은 연속 반복 서열은 2~7bp의 염기가 한 단위가 되어 연속적으로 반복하여 만들어지는 반복염기서열

  VNTR/STR 부위의 단위 반복의 횟수 차이로 증폭된 DNA 단편 길이의 차를 이용하여 개개인을 식별한다 (반복단위의 반복횟수는 사람에 따라 모두 다르고 여러 형태로 나타나기 때문에).

RFLP #

• RFLP(Restriction Fragement Length Polymorphism) : 염기서열의 특 정 부위에 점 돌연변이(point mutation)가 나타나면서 제한효소로 이 부 위를 절단했을 때 생기는 절편의 길이가 사람마다 다양하게 나타나는 점을 이용한 분석방법이다. RFLP법은 돌연변이 유전자를 추적하는 데 사용될 수 있기 때문에 한 가계 내에서 어떤 구성원이 돌연변이를 지니고 있는지를 알 수 있다. 각 개인으로부터 얻은 DNA를 적당한 제한효소로 자르고 전기영동을 한 후 특정 탐침으로 Southern 혼성화할 때 나타나는 절편 크기의 유전적 다형성을 RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)라고 한다. DNA 서열에 돌연변이가 일어나면 새로운 제한효소 인식서열이 생길 수도 있고, 반대로 기존 제한효소 인식서열이 없어질 수도 있다. 예를 들어 sickle-cell anemia가 있는 사람의 β-globin 유전자는 정상인의 β-globin 유전자에 존재하는 제한효소 Dde I의 절단부위에 치환 점돌연변이가 일어나 이 제한효소로 절단되지 않기 때문에 이 부위의 좌우에 존재하는 두 절편이 붙어 1개의 커다란 절편을 이룬다. RFLP는 염기서열의 개인별 차이를 반영하는 것으로 유전체 지도 작성에 중요한 표지로 이용될 뿐만 아니라 DNA 지문 또는 DNA 타입핑에도 이용된다.

• 범죄 현장의 예 : 범행현장에서 발견된 머리카락 등에서 DNA를 추출하고, 용의자로부터도 DNA를 추출하여 이를 제한효소로 처리한 후에 전기영동 처리하여 DNA 띠가 동일한 패턴인지를 확인하거나 DNA 검색 시스템 프로그램을 이용하여 범인을 가려낼 수 있다.

PFGE #

• PFGE(pulsed-field gel electrophoresis) : PFGE로약기. 거대 DNA분자의 분리를 위해개발한 겔전기영동법. 적어도 1만kbp까지의 직선상 DNA를분자량에 따라 분리할 수 있다. 1982년에 원형을 발표하고 그이후 장치에 몇 개를 개량하였지만 통상 아가로오스겔을 사용하여 2개가 다른 방향으로 교대로 전장을 걸어 영동한다. 전장의 방향 전환의 간격을 펄스타임이라고 한다. 통상의 전기영동법과는 다르고, 겔의 체효과에 의거하지 않고DNA분자를 전장에 두었을 때에, DNA가 겔내를 이동할 수 있는 형태를 취할때까지 소요하는 시간이, 분자량에 의존하는 것을 이용하고 있다. 따라서 분리능은 발스타임에 강하게 의존한다. 이 방법의개발에 의해 전기영동적으로 해석할 수 있는DNA의 분자량은종래의 방법에 비교하면100배 이상이 되었다. 이 때문에 하등진핵생물의 염색체를 구성하는 DNA 전체를 분리할 수 있게되었다. 또한, 사람 등의 염색체DNA의 해석에 불가결한 방법이다. 거대한 DNA사슬을 영동하는 방법. 보통 20Kb를 넘는 크기의 DNA단편을 전기영동으로는 분리가 어렵고, 긴 사슬을 처리도중이나 전기영동중에 잘라버린다. 모든 균종의 형벌이 가능하고, 형분리 능력이 우수. 사용하는 시약 양이 많고 측정상대별로 반응 조건을 설정할 필요, 전 공정의 소요일수가 일주일 정도 걸리고, 전기영동에도 전용장치가 필요.

SNP #

• SNP(Single Nucleotide Polymorphism) : 단일염기변이, 스니프스(SNPs). 인종이나 개인별 염기의 차이를 말한다. 즉 세포핵 속에 염색체가 갖고 있는 30억개의 염기 서열 가운데 개인 편차를 나타내는 한개 또는 수십개의 변이염기를 일컫는다. 500~1000 염기당 1개꼴로 나타나며, 인간지놈에는 약 300만개의 SNP가 존재하고 있다. 인간은 인종이나 민족과 상관없이 유전자가 99.9% 일치하지만 0.1%의 SNP 때문에 키와 피부색이 달라지게 된다. 한국인이 서양인에 비해 위암과 간암이 잘 걸리는 것도 이런 차이에서 생기는 것으로 추정된다.

MLST #

• MLST(Multilocus Sequence Typing) : 기본원리는 DNA 시퀀싱 다음의 PCR 증폭의 기술을 포함하여 균주들(Strains)간의 다른 뉴클레오티드를 확인 후 비교하는 것이다. 이 염기서열의 차이는 차별의 정도에 따라서 달라지며 염기서열의 차이를 비교함으로써 동일 종 내의 균주들의 특성을 비교할 수 있다.

WGS #

• WGS(Whole genome sequencing) : 게놈에 있는 특정 DNA 단편을 구성하는 염기들의 서열을 말하는데, 즉 아데닌(adenine), 구아닌(guanine), 사이토신(cytosine), 티민(thymine) 등 4가지 염기의 나열이다. 게놈은 한 생물종이 가진 유전정보의 총합을 말한다. 세균을 포함하여 지구상의 모든 동·식물의 유전정보는 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민 등 4가지 염기로 구성된 DNA의 염기서열 형태로 저장되어 있다. DNA 염기서열은 20종의 아미노산으로 구성되는 단백질을 생산하는 일종의 명령어다. 서로 다른 DNA 염기서열은 서로 다른 아미노산 서열을 가진 단백질 생산을 명령하여 각기 다른 기능을 가진 단백질을 생산한다. DNA 염기서열 중에서 단백질 생산에 직접 사용되는 부분이 바로 유전자이다. 단백질은 생물체 내에서 일어나는 대사과정에서 촉매작용을 한다. 또 운동과 신경작용, 면역 그리고 광합성과 물질수송 등 모든 생명현상을 가능하게 한다. 게놈프로젝트는 한 생물종 속에 들어 있는 게놈의 염기서열을 밝히는 작업이다. 그러나 염기서열을 밝힌다고 해서 자동적으로 각 유전자의 기능이 해명되지는 않는다. 게놈서열은 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민의 반복적인 나열에 지나지 않기 때문이다. 또한 게놈서열에는 단백질의 명령을 담당하는 유전정보 외에 전혀 상관없는 염기서열이 무수히 반복되어 있다. 어떤 질병의 원인이 되는 유전자를 찾아야 그 유전자의 염기서열에 들어 있는 정보를 이해할 수 있는 것이다.

DNA fingerprint의 활용 #

• 인간 유전체 연구에서 염기서열 분석, 친자확인, 범인 식별 등 genetic finger printing을 이용한 법의학 분야, 멸종된 과거 생물이나 현존 생물의 상호 유연관계를 규명하는 유전적 구성을 분석하는 진화 생물학, 변이 분석, 유전병 진단 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

참고문헌 #

1. 네이버 지식백과
2. DNA 생명의 비밀, 제임스 D. 왓슨
3. https://www.yourgenome.org/facts/what-is-a-dna-fingerprint

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