당신의 유전자 배열 … 1시간이면 알아낸다

[중앙일보 박방주]

인간의 세포 하나하나에는 약 2m 길이의 두 가닥 나선에 30억 쌍의 염기가 붙어 있는 DNA가 들어 있다. 마치 사다리를 꼬아 놓은 형태의 DNA 이중 나선이다. 그 염기의 순서를 2001년 처음 알아냈다. 인간 지놈지도로, 완성에만 수년의 기간과 10억 달러(약 1조1000억원)의 예산이 들었다. 그 후 세계 각국의 과학자들은 DNA 염기서열을 분석하는 시간과 비용을 줄이는 데 주력했다.

　10년이 지난 올해, POSTECH(포스텍) 화학과 김광수 교수팀이 인간 염기 순서를 단 한 시간 만에 알아낼 수 있는 기술의 밑그림을 내놓았다. 비용도 몇 만원 밖에 들지 않을 것으로 예상된다. 연구 결과는 영국 학술지 네이처 나노테크놀로지에 발표됐다.

김광수 교수

　그 기술의 핵심에는 DNA 이중 나선과 그 나선이 지나갈 수 있는 정도의 미세한 U자형 홈이 파인 기판, U자형 홈 위에 다리처럼 걸쳐져 있는 그래핀(graphene)이 있다. 우선 가느다란 DNA 사슬이 U자형 홈으로 자동적으로 끌려 들어가도록 전기를 조작한다. 그러면 DNA의 염기는 그래핀 밑을 지날 때 그래핀과 순간적으로 접촉한다. 이때 그래핀에 흐르는 전기량에 변화가 생기는데 4 종류[아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 시토신(C)]의 염기가 각각 다른 특징을 나타내기 때문이다. 이를 컴퓨터에 연결해 염기의 종류를 알아내는 것이다.

　김 교수는 “DNA 가닥을 여러 개로 자른 뒤 여러 개의 U자형 홈을 동시에 통과하게 한다면 단 몇 분 만에 염기 순서를 알아낼 수 있고, 비용도 거의 들지 않을 것”이라고 말했다.

　기존의 방법은 DNA를 복제해 양을 수십 배로 늘리고, 이를 또 잘게 자르는 과정을 거치기 때문에 비용이 많이 들고 시간도 2주나 걸린다.

　김 교수팀이 제안한 기술의 실현 가능성도 크다. 그는 5년 정도면 가능할 것으로 내다봤다. 현재 DNA 이중나선이 지나갈 수 있는 U자형 극미세 나노홈과 그래핀은 개발됐으며, 염기마다 다른 전기 전도도를 측정할 수 있는 기기만 개발하면 된다는 것이다. 김 교수팀의 기술이 실현되면 혈액 몇 방울로도 유전적으로 암 발병 가능성이 얼마나 되는지, 당뇨병에는 얼마나 취약한 체질인지 쉽게 알 수 있다.

박방주 과학전문기자