▲ KRISS 연구진이 형광 이미지를 통해 세포의 DNA 손상·복구 반응을 관찰하고 있다.

국내 연구진이 세포 DNA 복구 능력을 정량적으로 분석할 수 있는 초고감도 분석 기술을 개발, 개인별 DNA 복구능력 평가와 항암제 반응 예측 등 정밀의료 분야 활용 가능성이 주목된다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 세포의 DNA 복구 과정에서 생성되는 극미량 손상 DNA 조각을 초고감도로 검출·정량화할 수 있는 분석 플랫폼을 개발했다고 14일 밝혔다. 

이번 기술은 기존 분석법 대비 최대 22배 높은 검출 감도를 구현했으며, 손상 DNA를 ‘몰(mole)’ 단위뿐 아니라 실제 개수 단위로 환산할 수 있을 만큼 세계 최고 수준의 정밀도를 확보했다.

DNA는 자외선, 화학물질, 흡연, 대사 과정 등으로 인해 매일 손상되며, 복구되지 않은 손상이 축적되면 암이나 노화의 원인이 될 수 있다. 세포는 이를 복구하기 위해 ‘뉴클레오타이드 절제 복구’ 시스템을 가동하는데, 이 과정에서 잘려 나오는 미세 DNA 조각은 세포 복구 능력을 판단하는 핵심 지표로 활용된다.

하지만 기존 분석 방식은 절단된 DNA 말단에 표지 물질을 부착해 양을 추정하는 구조여서, 시간이 지나 DNA 끝부분이 자연 분해될 경우 실제 손상 조각이 존재해도 검출에서 누락되는 한계가 있었다.

KRISS 연구진은 이를 해결하기 위해 ‘경쟁적 면역분석법’을 새롭게 적용했다. 분석용 기판에 손상 DNA와 동일한 구조의 합성 DNA를 기준 물질로 고정한 뒤, 실제 세포에서 추출한 DNA 시료와 손상 DNA 특이 항체를 함께 반응시키는 방식이다. 손상 DNA가 많을수록 항체가 시료에 더 많이 결합하고, 이를 통해 손상 DNA 양을 정밀하게 산출할 수 있다.

연구진은 이번 기술이 단순한 상대 비교를 넘어 세포별 DNA 복구 속도와 효율을 정량적으로 평가할 수 있다는 점에서 의미가 크다고 설명했다. 개인별 암 발생 위험을 조기에 진단하거나, 암세포의 항암제 저항성을 객관적으로 분석하는 데 활용될 수 있다는 것이다.

KRISS는 2015년 세계 최초로 DNA 복구 과정에서 발생하는 극미량 손상 조각을 검출한 이후 관련 연구를 지속해왔으며, 이번 연구를 통해 기존 방식의 구조적 한계를 극복하며 분석 정확도를 한 단계 끌어올렸다.

최준혁 KRISS 책임연구원은 “DNA 복구 속도와 효율을 정량화하면 개인별 암 발생 위험을 조기에 예측하고 맞춤형 치료 전략을 설계할 수 있다”며 “향후 실제 인체 조직 기반 검증을 통해 개인 맞춤형 항암 치료 분야로 확장할 계획”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 KRISS 바이오물질측정그룹·유기측정그룹과 Wright State University Boonshoft School of Medicine 연구팀이 공동 수행했으며, 연구 결과는 국제 학술지 Nucleic Acids Research 3월호에 게재됐다.