DNA sequence (sanger sequence vs NGS) and DNA microarray

 

DNA sequencing은 현재 바이오인포메틱스가 발달할 수 있었던 가장 큰 핵심 기술입니다. sequencing reaction의 주요 원리를 통해 우리는 이제 사람의 genome을 모두 알 수 있게 되었죠.  그럼 오늘은 이런 DNA sequencing 기술에 대해 이야기해보려합니다.

 

DNA sequencing

DNA seqeuncing은 우선 핵산 서열, 즉 DNA의 뉴클레오타이드의 순서를 결정하는 과정을 이야기합니다. DNA는 저번에 이야기 한 것과 같이 G.A.T.C로 이루어져있고 이들이 상보적으로 연결이 되어있는 구조이죠. 이러한 상보적으로 연결된다는 원리를 이용해서 DNA 서열을 알 수 있게 되었고, 2003년까지 human genome을 완성하는 project가 시행되었었죠. 오늘은 이런 DNA sequencing의 원리를 정리해보려합니다.

 

SANGER sequencing

sanger sequencing은 앞서 이야기한 G,A,C,T 이 4개의 염기가 상보적으로 연결이 된다고 이야기하였습니다. 이 염기는 dATP. dCTP, dTTP, dGTP라는 구조를 가지고 있습니다. 

d는 deoxyribose라고 해서 당에 산소 하나가 빠져있는 구조를 이야기합니다. 이 당에서 3번째 탄소의 -OH기가 3인산기와 결합하면서 DNA 합성이 이루어집니다. 

이런 원리를 통해 sanger sequencing은 ddNTP를 사용하게 됩니다. ddNTP는 탄소 3번째에 있는 -OH기가 아닌 -H기가 붙어있는 것을 이야기합니다. 만약 DNA신장 중에 ddNTP가 들어가게 된다면 DNA 합성은 멈추게 되겠죠. 

그럼 이제 sanger sequencing은 어떻게 이루어 질까요? 

4개의 튜브를 준비합니다. 그리고 모든 튜브에는 DNA가 들어가있고, dNTP를 넣습니다. 그리고 각각의 tube에 ddATP, ddTTP, ddGTP, ddCTP를 하나씩 넣어줍니다. 그러고 DNA 복제를 시작하게됩니다. 그렇다면 어떤 DNA는 dNTP가 들어가서 계속해서 신장하지만 ddNTP가 들어간 segment는 신장이 멈추게 되겠죠. 이렇게 각각 DNA segment는 각자 다른 길이를 가지게 됩니다. 그리고 이렇게 얻은 결과들을 gel에 걸어서 내리게 되는 것이죠.

그러고 가장 작은 크기의 segment부터 읽어나가게되는 것이 sanger sequencing입니다.

 

NGS

NGS는 이런 sanger방식과 원리는 같습니다. 하지만 sanger sequencing의 경우 gel에 내려서 하나하나 읽어나가야하는 번거로움을 가지고 있는데요. NGS이런 불편함을 없앤 것이죠. 4개의 dNTP에 각기 다른 형광물질을 붙여서 하나의 뉴클레오타이드가 신장이되면 형광이 발광하는 방법을 이용하게 됩니다. 

그렇게 형광값을 읽어서 어떤 염기가 붙었는지 알게되는 것이죠. 이런 NGS가 발달하게 되면서 생물학 연구를 할 때, 많은 도움이 되고 있습니다. 저는 주로 cloning을 할 때 제대로 된 유전자가 들어갔는지 확인을 할 때 사용하고 있습니다. 또한 NGS의 경우 개발한 회사에 따라 다른 원리를 가지고 있습니다. 그래서 자신이 사용하려는 회사에서는 어떤 원리로 sequencing하고 있는 지 알아봐야합니다.

SMALL

DNA microarray

DNA microarray는 어떤 것일까요? DNA microarray는 sequencing과 같이 하나하나 DNA 염기서열을 알아보는 것은 아닙니다. microarray는 유리 슬라이드와 같은 표면에 수천에서 수만개의 유전자를 고정시키고 거기에 형광표지를 한 prob을 붙여놓은 것입니다. 즉 한번에 수만개의 유전자 발현을 동시에 분석할 수 있는 실험방법입니다. 주로 두 그룹간의 유정자 발현의 차이를 비교하는데 사용되고 있습니다. 

Image Source:  BioNinja

하지만 DNA microarray의 원리는 전에 이야기한 DNA의 특성을 이용한 것인데요. 4개의 염기가 상보적으로 결합한다는 것입니다. 상보적인 뉴클레오타이드 염기쌍 사이에 수소결합을  통해서 연결된다는 것이죠. 

 

이러한 DNAmicroarray는 cDNA-based microarray와 oligonucleotide-based microarray가 있습니다. 이 둘은 서로 다른 유형의 microarray로 다음에 따로 정리를 해보도록 하겠습니다.

 

DNA microarray는 유전자 발현에 대한 연구로 국한된 것이 아니라, single nucleotide polymorphisms(SNPs) 또는 메틸화된 패턴 등을 알아내는 연구에도 사용되고있습니다.

 

 

 

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2022.11.07 - [바이오인포메틱스] - 바이오인포메틱스를 이해하기위해 알아야하는 생물학 지식!!!_1

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