| 낮은 오류율의 DNA 시퀀싱 방법 개발 | ||
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 최근, 베이징대 바이오다이내믹광학이미징센터/베이징미래유전자진단첨단혁신센터/생명과학연합센터/공학원의 황옌이(黃岩誼) 교수가 이끄는 연구팀은 기존에 셰샤오량(謝曉亮) 교수가 개발한 독창적인 형광 발생 시퀀싱 기술을 토대로 참신한 개념의 시퀀싱 방법－오류 정정 코드(Error-Correction Coding, ECC) 시퀀싱법을 개발하였다. ECC 시퀀싱법은 일종의 독특한 합성 동시적 서열분석(sequencing-by-synthesis, SBS) 방안을 도입한 외에 여러 번의 시퀀싱 과정에서 발생한 축퇴 서열 간 정보 여분을 이용함으로써 시퀀싱 정밀도를 대폭 향상시켰다. 해당 연구 성과는 2017년 11월 6일에 "Highly accurate fluorogenic DNA sequencing with information theory-based error correction"란 제목으로 "Nature Biotechnology" 학술지에 온라인으로 발표되었다. ECC 시퀀싱법의 화학반응은 셰샤오량 연구팀이 2011년에 최초로 발표[Nature Methods (2011) 8, 575.]한 형광 발생 시퀀싱 기술을 채택하였다. 해당 기술은 DNA 상보사슬 합성시 연장 뉴클레오티드 수만큼의 형광 분자를 방출할 수 있다는 원리를 이용하여 낮은 오류율의 SBS를 달성할 수 있다. 황옌이 연구팀은 동 기술을 토대로 지난 몇 년 동안 상기 방법을 확장시켜[ChemBioChem (2015) 16, 1153.] 결국 이번의 기술 파악에 기반을 마련하였다. 연구팀은 먼저 화학적 원리 차원에서 형광 발생 시퀀싱 기술 중 형광 표지 분자에 대한 구조 최적화를 진행하였다. 그리고 다양한 파장과 더욱 우수한 성능을 보유한 시퀀싱 기질 분자를 설계·합성하는 한편 중합효소가 관여하는 각 단계 반응동역학에 대한 세밀 측정 및 모델링을 수행하였다. 연구팀은 형광 발생 시퀀싱 화학반응 속도, 완성도, 부반응 등 핵심기술에 대한 세부적이고 심층적인 이해를 토대로 ECC 시퀀싱 프로토타입 모델을 보완하고 구축하였다. 또한 시퀀싱 반응 조건과 정보 수집 과정에 대한 지속적이고 반복적인 최적화를 수행하였다. 마지막으로 데이터에 근거하여 정밀 시퀀싱 신호 탈위상(dephase) 모델을 구축하고 2차 연장 이론을 제안하였다. 이를 토대로 연구팀은 알고리즘 소프트웨어를 개발하여 시퀀싱 반응 탈위상 과정을 합리화·간소화함으로써 최종, 실용성을 구비시켰다. ECC 시퀀싱법의 서열 정보 여분은 연구팀이 새롭게 발전시킨 "쌍대 염기 형광 발생" SBS 시퀀싱 과정에서 유래한다. 해당 과정에서 시퀀싱 시약은 쌍대 염기에 따라 둘씩 매칭되는 3개 그룹으로 나뉜다. 그 다음 측정대기 DNA 서열에 대해 3번의 단독적 시퀀싱을 수행한다. 따라서 3가닥의 상호 직교 축퇴 서열 코드가 생성된다. 이 3가닥의 코드는 상호 검증이 가능한바 나중에 코드 해독을 통해 진실된 염기 서열 정보를 도출할 수 있는 외, 1번의 시퀀싱에서 나타나는 오류 부위에 대한 교정 능력도 지닌다. ECC 코딩 및 디코딩 방안은 정보 통신 및 메모리 등 기타 영역에 광범위하게 응용되어 현재 데이터 전송/저장시 발생하는 오류에 대한 효과적 검출·정정이 가능한 것으로 입증되었다. 이번에 연구팀은 시퀀싱 기술에 최초로 여분 코드 개념을 도입하였다. 또한 오류율이 낮은 형광 발생 시퀀싱 기술과의 결합을 통해, 실험실 구축 프로토타입 모델로 진행한 단일 말단 200개 염기 판독 길이 시퀀싱에서 무오류 실험 결과를 획득하였다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/11/393390.shtm |
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