초록 ▼

□ 연구개요
DNA와 금속이온의 상호작용은 중금속이온에 의한 유전자 변이과정의 해석을 위한 실마리 역할을 할 것으로 예상되며, 금속이온의 검출을 포함한 여러 가지 바이오센싱 기술에도 적용될 수 있다. 또한, 기존의 Watson-Crick DNA 염기쌍이 아닌 금속이온에 의해 안정화된 염기쌍의 구성을 가능하게 할 것으로 예상된다. 하지만, 기존의 연구는 특정 금속이온과의 결합현상을 통한 단편적인 상호작용만을 보고하였으며, 근본적인 원리 규명에 대한 연구는 수행되지 않고 있다. 따라서 본 연구팀은 모든 금속이온에 대한 체계적인 분

□ 연구개요
DNA와 금속이온의 상호작용은 중금속이온에 의한 유전자 변이과정의 해석을 위한 실마리 역할을 할 것으로 예상되며, 금속이온의 검출을 포함한 여러 가지 바이오센싱 기술에도 적용될 수 있다. 또한, 기존의 Watson-Crick DNA 염기쌍이 아닌 금속이온에 의해 안정화된 염기쌍의 구성을 가능하게 할 것으로 예상된다. 하지만, 기존의 연구는 특정 금속이온과의 결합현상을 통한 단편적인 상호작용만을 보고하였으며, 근본적인 원리 규명에 대한 연구는 수행되지 않고 있다. 따라서 본 연구팀은 모든 금속이온에 대한 체계적인 분석을 통해서 총체적인 결합특성에 대한 연구를 수행하여, DNA와 금속이온과의 상호작용을 규명하고 그 핵심원리를 밝히고자 한다. 또한 DNA에 대한 금속이온의 결합특성을 이용하여 새로운 물리 화학적 특성을 띄는 금속나노소재를 합성하는 기술을 개발하고, 이를 이용하여 다양한 생체물질의 초고감도 분석을 가능하게 하는 원천 기술을 개발할 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
■ 금속이온과 핵산중합효소에 대한 압타머의 상호작용을 이용한 핵산중합효소 활성 조절 및 가역적 스위칭 기술 개발
√ 금속이온 (Hg²⁺ 및 Ag⁺)과 핵산중합효소에 대한 압타머의 상호작용을 기반으로 핵산중합효소 활성 조절 기술을 구현하였다.
√ 조절된 핵산중합효소 활성을 실시간으로 모니터링하기 위해 TaqMan probe (양 말단이 각각 형광체와 소광체로 개질된 DNA) 기반 primer extension 반응 및 real-time PCR 기기를 이용하였다.
√ 금속이온과 강한 결합력을 갖는 cysteine을 리간드로 이용하여 금속이온 (Hg²⁺ 및 Ag⁺)과 교대로 첨가함으로써, 핵산중합효소 활성의 가역적 스위칭 기술을 구현하였다
■ DNA를 주형으로 하는 금속나노소재의 광학적 특성을 이용한 고감도 생체물질 검출 기술 개발
√ Poly-T를 주형으로 합성되는 CuNPs와 TAIEA 반응을 이용하여 표적 miRNA의 고감도 검출 기술을 개발하였다.
√ DNA를 주형으로 하는 AgNCs와 GO 나노복합체를 이용한 DNase I 활성 검출 기술을 개발하였다.
√ Poly-T를 주형으로 하는 Cu²⁺와 ascorbate 간의 산화-환원 반응을 이용한 ALP 활성 검출 기술을 개발하였다.
√ CHA 및 G-rich DNA 가닥에 의한 DNA-AgNC의 형광신호 증폭 현상을 이용한 표적 miRNA 검출 기술을 개발하였다.
√ DNA-Cu/AgNCs와 SAHH를 기반으로 adenosine 검출 기술을 개발하였다.
√ 금속 나노입자 (CeO₂)의 산화효소 활성을 이용한 표적 DNA의 전기화학적 검출 시스템을 개발하였다.
√ PS DNA에 의한 AuNPs의 광유도 합성 효율 저해를 기반으로 한 DNase I 활성 검출 기술을 개발하였다.
√ RCA 반응 및 poly-T DNA 주형 형광 CuNPs 합성을 기반으로 하는 초고감도 표적 DNA 검출기술을 개발하였다.
■ 금속이온과 DNA probe 간의 상호작용을 기반으로 하는 고감도 금속이온 검출 기술 개발
√ 금속이온에 의해 유도되는 CHA 반응을 이용한 고감도 금속이온 검출 기술을 개발하였다.
√ eSDA 반응을 이용한 Hg²⁺ 검출 기술을 개발하여 1.71 pM의 매우 낮은 검출한계를 구현하였다.
√ 표적 금속이온에 특이적인 DNAzyme과 TMSD 회로를 도입한 Cu²⁺ 검출 기술을 개발하였다.
■ 전기화학적 신호를 띄는 금속이온에 대한 압타머 서열을 갖는 DNA probe를 이용한 전기화학적 표적 DNA 검출 기술 개발
√ 전기화학적 신호를 띄는 금속이온에 대한 압타머 염기서열을 갖는 primer를 이용하여 전기화학적 real-time PCR 기술을 개발하였다.
√ 금속이온과 상호작용하는 MB probe를 이용한 전기화학적 표적 DNA 검출 기술을 개발하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
■ 본 과제를 통해 개발된 특정 금속이온과 상호작용 하는 효소 압타머를 이용하여 효소의 활성을 조절하는 기술은 효소 기반 바이오센싱 및 등온핵산증폭 기술에서 핵심 역할을 수행하는 효소의 활성을 향상시킴으로써, 효소 기반 생체물질 검출 기술의 효율을 획기적으로 향상시켜 보다 민감한 생체물질 검출을 가능하게 한다. 뿐만 아니라, 본 기술은 추후 신개념 원천 바이오센싱 및 등온핵산증폭 기술의 개발에 적용될 수 있을 것으로 예상된다.
■ 본 연구진은 금속이온과 DNA 간의 특이적인 상호작용을 이용한 신개념의 생체물질 검출 기술을 개발하였다. 개발된 기술들은 금속이온에 의해 유도되는 광학적, 전기화학적 특성을 이용하여 보다 편리하고 민감하게 표적 생체물질을 검출할 수 있으므로, 분자진단 분야의 새로운 발전을 도모하는 촉진제가 될 것으로 전망된다.
■ 본 연구를 통해 개발한 DNA 주형의 금속나노소재 기반 기술은 추후 새로운 물리 화학적 특성을 갖는 금속나노소재 및 이를 기반으로 한 다양한 생체물질 검출 기술의 개발을 가능하게 하여 관련 연구 분야를 국제적으로 주도할 수 있는 계기를 마련할 것 이다.
■ 또한, 본 과제를 통해 개발한 생체물질 검출 기술들은 추후 지속적인 연구를 통하여 표적 생체물질의 다중 및 고감도 검출 시스템의 개발에 적용할 수 있을 것이며, 기술이전 및 상용화를 통해서 글로벌 체외진단 시장 진입이 가능할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1연구결과 요약문 ... 2목차 ... 31. 연구개발과제의 개요 ... 42. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5 가. 금속이온과 핵산중합효소에 대한 압타머의 상호작용을 이용한 핵산중합효소 활성 조절 및 가역적스위칭 기술 개발 ... 5 나. DNA를 주형으로 하는 금속나노소재의 광학적 특성을 이용한 고감도 생체물질 검출 기술 개발 ... 6 다. 금속이온과 DNA probe 간의 상호작용을 기반으로 하는 고감도 금속이온 검출 기술 개발 ... 13 라. 전기화학적 신호를 띄는 금속이온에 대한 압타머 서열을 갖는 DNA probe를 이용한 전기화학적표적 DNA 검출 기술 개발 ... 163. 연구개발결과의 중요성 ... 184. 참고문헌 ... 195. 연구성과 ... 19대표적 연구실적 ... 33끝페이지 ... 54