DNA조각에서 정보를 얻는 기술

[요약]미국 스탠퍼드대 연구진이 멸종동물에서 소량의 DNA만으로도 서식지나 먹이, 개체수 등을 분석할 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술이 멸종동물 보호에 활용될 수 있기를 기대하고 있다.(2019.04)

멸종위기에 처한 동물을 보호하고 이해하기 위해 그들의 DNA를 직접 채취하는 것은 어려운 일이다. 미국 스탠퍼드대 연구진이 개발한 새로운 DNA 채취 방법은 머리카락이나 상업용 음식 등 분해된 물질에서 값싸고 신속한 유전자 분석을 가능케 한다.

미스테리를 푸는 방법은 정확한 단서를 찾는 것이다. 멸종위기종을 보호하는 목적을 갖고 있는 야생동물 보호가들은 해당 동물의 DNA를 구하는 일에 어려움을 겪어왔다. 미국 스탠퍼드대와 인도의 국립생물과학센터(National Centre for Biological Sciences)는 배설물이나 피부, 타액 등 오염된 물질과 멸종동물이 포함된 것으로 추정되는 식품 등을 이용해 빠르고 값싸게 유전적인 단서를 추출해낼 수 있는 방법을 개발했다. 이 기술은 지난 4월 10일 국제학술지 ‘생태와 진화의 방법(Methods in Ecology and Evolution)’에 게재됐는데 연구진은 “전 세계의 보전법과 정책에 혁명을 일으킬 수 있다”고 기대하고 있다.

“CSI는 생물 보존에 부합한다.” 이번 연구의 공동 저자인 드미트리 페트로브 스탠퍼드대 인문과학대학 교수가 말했다. 멸종위기종과 멸종된 종의 리스트를 보유하고 있는 국제자연보전연맹(International Union for Conservation of Nature)에 따르면 멸종위기 종은 전체 생물 종의 약 4분의 1에 달한다. 환경보호론자들은 모든 지역에서 동물 개체수가 급격히 감소하고 있다고 기록하고 있다. 멸종 위기 종의 회복을 돕는 일은 종종 DNA 샘플 수집에 의존하기도 한다. DNA샘플 수집은 교배와 개체수부터 자연선택과 대규모 서식지 파괴, 야생동물 불법 무역 등에 대한 많은 정보를 알 수 있다. 그러나 현재의 접근법은 많은 양의 DNA를 필요로 할 뿐 아니라 DNA 추출을 위해 가격이 상당히 비싸고 비효율적이라는 단점이 존재했다. 저농도나 오염된 DNA샘플에서 의미있는 정보를 빠르게 얻으려면 비싸고 특화된 장비가 필요했다. 해결책은 페트로브와 공동 저자인 엘리자베스 해들리, 스테판 팔룸비 등 스탠퍼드대 유전체 보존 프로그램 소속 연구진과 또다른 공동 저자인 우마 라마크리슈난 인도 국립생물과학센터 교수의 협력에서 나왔다. “난 수십년 동안 호랑이 보존을 위해 유전학 연구를 해왔다. 그러나 유전 데이터를 만드는 과정이 얼마나 느리고 신뢰할 수 없는지를 지켜보면서 항상 좌절했다.” 라마크리슈난이 말했다. “보존은 빠른 답을 원한다. 그리고 우리의 연구는 충분히 빠르지 못했다.”

　연구진은 인도에서 멸종위기에 처한 야생 호랑이와 심하게 남획되고 있는 캐러비안 여왕벌 소라고둥을 살펴보면서 호랑이의 배설물과 희생된 동물에서 발견된 타액과 털, 미국 식당에서 판매되는 소라고둥 튀김 등을 분석했다. 모든 샘플은 유전체 분석을 하기에는 불순물이 많이 섞여 있거나 오염된 상태였다. “우리의 목표는 보존이 반드시 필요한 다른 종을 찾아 이같은 접근법이 가능한지를 확인하는 것이었다.” 팔룸비가 말했다. 연구진은 각 샘플에서 독특한 차이점을 갖고 있는 작은 DNA를 증폭하고 이를 시퀀싱 할 수 있는 방법을 이용한 새로운 접근법을 즉석에서 실행했다. 동일한 시험관에서 여러 DNA 신장부에 동시 작업을 함으로써 연구진은 분석에 필요한 최소한의 DNA 총량을 유지했다. 이 기술은 유전적 특성을 확인하고 비교하는데 상당히 효과적임이 입증됐다. 예를 들어 이 방식은 전형적인 혈액 샘플 속 DNA의 1000분의 1에 불과한 호랑이 DNA만 있어도 연구가 가능했다. 소라고둥에서는 높은 실패율을 보였는데 이는 연구진이 전체 게놈을 갖고 있지 않았기 때문이다. 연구자들에 따르면 이 방식은 효율적이고, 빠르며 샘플 당 5달러 이하의 싼 가격으로 구동이 가능하다. 이는 야생동물을 모니터링하고 정책 결정에 사용하는데 있어서 중요한 진보를 나타낸다. “시행하기가 쉽고 장비가 부족한 실험실에서도 사용할 수 있다.” 공동 저자인 메가나 나테쉬 인도 사스트라대 교수가 말했다. “만약 표준 절차를 따른다면 생성된 데이터는 실험실 간에 공유와 비교가 쉬워야 한다. 그리고 국가 전체의 개체수 감시는 더 쉬워질 것이다.” 연구진은 이번에 개발한 기술을 무료로 사용할 수 있도록 했다. “우리는 이 기술이 확장돼 병원균과 같이 다른 종의 특징을 확인하는데 사용될 수 있도록 노력하고 있다.” 해들리가 말했다.