[쿠키과학] ‘암 위험 진단 앞당긴다’…KRISS, 극미량 DNA 조각 정밀 검출

기존 분석법보다 감도 최대 22배 초고감도 플랫폼 구현
세포 DNA 복구 과정 발생 극미량 조각 정량화 성공
경쟁적 면역분석법 적용해 손상 DNA 누락 문제 해결
개인별 암 발생 위험·항암제 저항성 분석 활용 기대

승인 2026-05-14 18:28:32 수정 2026-05-15 17:35:34

KRISS가 개발한 DNA 손상 조각 초고감도 경쟁적 면역분석 플랫폼의 원리 모식도. (a) DNA 손상 조각(sedDNA)의 분리·정제 세포에 자외선(UV)을 조사하면 DNA에 손상이 생기고, 세포 내 뉴클레오타이드 절제 복구(NER) 과정에서 손상 부위가 작은 DNA 조각 형태로 잘려 나온다. 연구진은 이 과정에서 방출된 손상 DNA 조각(sedDNA)을 분리·정제해 분석 시료로 확보한다. (b) 경쟁적 면역반응을 이용한 손상 DNA 조각 검출 분석용 판 바닥에는 손상 DNA와 같은 구조를 가진 기준 물질을 고정해 둔다. 여기에 정제한 손상 DNA 조각과 손상 부위에 특이적으로 결합하는 항체를 함께 넣으면, 시료 속 손상 DNA 조각과 판 바닥의 기준 물질이 한정된 항체를 두고 경쟁한다. 이후 2차 항체와 효소 반응을 통해 판 바닥에 남은 항체의 신호를 확인한다. (c) 손상 DNA 조각의 정량화 마이크로플레이트에서 나타나는 색 신호를 측정해 손상 DNA 조각의 양을 계산한다. 시료 속 손상 DNA 조각이 많을수록 판 바닥의 기준 물질에 남는 항체 신호는 약해지며, 연구진은 이 관계를 이용해 서로 다른 두 종류의 손상 DNA 조각인 (6-4)PP-sedDNA와 CPD-sedDNA를 정량했다. KRISS

한국표준과학연구원(KRISS)이 세포 DNA 복구 과정에서 발생하는 극미량 ‘손상 DNA 조각’을 개수 단위로 세는 초정밀 분석 기술을 개발해 개인 맞춤형 항암 치료와 발암 위험 진단 토대를 마련했다.

이 기술은 기존 방식보다 감도가 최대 22배 높고, 세계 최고 수준 초고감도로 손상 DNA 조각을 정량화한 것이 특징이다.

인체 디옥시리보핵산(DNA)은 자외선이나 화학물질, 대사 활동 등으로 매일 손상된다.

세포는 이를 복구하기 위해 이상 부위를 잘라내고 새로운 DNA로 교체하는 ‘뉴클레오타이드 절제 복구(NER)’ 시스템을 가동한다.

이때 발생하는 미세한 ‘손상 DNA 조각(sedDNA)’ 양을 측정하면 세포 복구 효율을 정확히 파악해 질병 원인 규명과 치료 반응 예측 지표로 활용할 수 있다.

기존 분석법은 잘려 나온 DNA 조각 끝부분에 표지 물질을 붙여 조각 수를 추정했다.

하지만 세포 내에서 DNA 조각 끝이 자연 분해되면 표지 물질이 붙지 않아 실제 존재하는 손상 조각을 놓치는 한계가 있었다.

KRISS 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘경쟁적 면역분석법’을 도입했다. 분석판 바닥에 손상 DNA와 같은 구조의 합성 DNA를 기준 물질로 고정하고, 시료와 항체를 함께 넣는 방식이다.

시료 속 손상 DNA 조각이 많을수록 항체와 더 많이 결합해 바닥 기준 물질에 남는 항체는 줄어든다.

연구팀은 이런 반비례 관계를 활용해 시료 내 손상 DNA 조각 양을 몰(mole) 단위로 산출하고 이를 개수로 환산하는 데 성공했다.

초고감도 경쟁적 면역분석 플랫폼을 이용한 세포 내 극미량 DNA 손상 조각 분석 결과, KRISS가 개발한 경쟁적 면역분석법(a)은 DNA 손상 조각의 양을 세포당 분자 수로 정량할 수 있는 반면, 기존 분석법(b)은 밴드의 진하기를 통해 손상 조각의 존재와 상대적 변화를 확인하는 방식이다. 이번 기술은 기존 방식보다 더 정밀하게 손상 DNA 조각을 측정해, 기존 분석법이 놓치기 쉬운 미세한 조각까지 확인할 수 있음을 보여준다. (a) KRISS가 개발한 경쟁적 면역분석법으로 자외선 조사 후 발생한 DNA 손상 조각을 정량한 결과다. 위 그래프는 기준 물질의 양이 증가할수록 흡광도 신호가 감소하는 경쟁적 면역반응의 특성을 보여준다. 아래 그래프는 자외선 조사 1시간 후 손상 DNA 조각이 크게 증가하고, 4시간 후 감소하는 변화를 세포당 분자 수로 나타낸 것이다. (b) 기존 분석법으로 같은 DNA 손상 조각을 검출한 결과다. 위 이미지는 자외선 조사 후 시간에 따라 나타나는 DNA 손상 조각의 밴드 신호를 보여준다. 아래 그래프는 이를 세포당 분자 수로 환산한 결과로, KRISS의 경쟁적 면역분석법보다 검출량이 적게 나타나 기존 방식이 일부 손상 조각을 충분히 포착하지 못할 수 있음을 보여준다. KRISS

이 기술을 적용하면 세포 내에서 발생하는 DNA 조각 개수까지 파악하는 초정밀 분석이 가능하다.

기존 방식이 단순히 복구 정도를 상대 비교했다면, 이번 플랫폼은 복구 속도와 세포별 반응 차이를 객관적 수치로 제시한다.

연구팀은 쥐를 이용한 체내 상처 모델 실험에서 박테리아 감염에 따른 상처 알칼리화 과정과 체내 포도당 농도 변화를 상용 혈당계와 일치하는 높은 정확도로 추적해 실용성을 입증했다.

이는 향후 암세포 항암제 저항성을 파악하거나 개인별 암 발생 위험을 조기 진단하는 정밀 의료 연구에 폭넓게 쓰일 전망이다.

최준혁 KRISS 책임연구원은 “DNA 복구 속도와 효율을 정량화하면 개인별 암 발생 위험을 조기에 진단하고 암세포 항암제 저항성을 객관적으로 파악할 수 있다”며 “실제 사람 조직을 활용한 후속 검증을 거쳐 맞춤형 항암 치료 등에 적용하겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 KRISS 바이오물질측정그룹과 유기측정그룹이 미국 라이트주립대 의과대와 공동 수행했고, 연구결과는 지난 3월 24일 국제학술지 ‘뉴클레익 애시드 리서치(Nucleic Acids Research)’에 게재됐다.
(논문명: Development of a competitive immunoassay platform for quantifying the oligonucleotide products of nucleotide excision repair in UV-irradiated cells)