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나노포어 시퀀싱 방법으로 동원체(Cetromere)영역 완전 해독.
유전학의 새로운 이정표.

처음으로 염색체의 코드 완전히 해독했다.
새로운 시퀀싱 방법으로 DNA를 완전히 해독 할 수 있다.

유전학의 이정표 :
연구자들이 처음으로 인간 염색체 (여성 X 염색체)의 완전한 유전자 코드를 재구성했다.
이 시퀀시는 이전에 반복된 DNA 서열이 할당을 방해했던 공백을 채운다.
연구원들이 새로운 시퀀싱 방법과 많은 퍼즐 작업으로 이 과정이 가능했다.
이러한 연구 성과는 유전 연구에서 새로운 시대의 시작으로 간주된다. "Nature 네이처" 저널에 보고된 내용이다.  

▲ DNA 3-D구조 photo:pixabay

우리 게놈의 DNA 서열이 오랫동안 알려져 있다고 생각하는 사람은 잘못이다.
인간 게놈 프로젝트의 연구원들은 2001년 초에 인간 게놈의 첫 번째 버전을 해독했다.
그러나 이 유전자 코드에는 여전히 큰 틈이 있다. 이들은 대략 2만5000개의 단백질 코딩 유전자가 아니라, 반복되고 복사된 염기 서열이 있는 DNA 단편에 관계된다.
오늘날 알려진 바와 같이, 이 "정크 DNA"는 게놈에서 중요한 제어 기능을 수행한다.

조각이 너무 작은 퍼즐

문제는 이전 방법으로는 복사가 풍부한 DNA 단편의 순서를 해독할 수 없었다.
시퀀싱 기계는 DNA를 판독하기 위해 길이가 약 100 염기 정도인 많은 조각으로 분해하기 때문이다. 그런 다음 올바른 순서로 다시 조립해야 한다. 그러나 수백 또는 수천 개의 조각이 거의 동일한 것은 불가능하다.

국립 인간 게놈연구소(NHGRI; National Human Genome Research Institute)의 선임 저자 아담 필립피 (Adam Phillippy)는 “조각이 작을수록, 주목해야 할 특징이 적을수록 정확하게 삽입하기가 더 어렵다”고 설명한다. 이러한 이유로, 가장 완전한 참고 문헌에도 이러한 빈약 한 DNA 영역의 큰 부분이 지금까지 빠져 있다.

▲ 인간 염색체 단편, DNA는 붉은색으로 표시됐다. 출처:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PLoSBiol3.5.Fig7ChromosomesAluFish.jpg

염색체의 공백

모든 염색체의 중앙 영역 동원체(Centromere)에서 이러한 공백은 특히 심각하다.
동원체 주위의 이들 섹션은 특히 다수의 반복된 염기 서열을 함유하기 때문이다.
산타 크루즈(Santa Cruz)소재 캘리포니아 대학교의 수석저자 카렌 미가(Karen Miga)는 “그 때문에 한 번도 염색체가 끝에서 끝까지 해독되지 않았다”고 말했다.
X 염색체의 중간 영역(동원체)에만 3백만 개 이상의 염기쌍의 간격이 있다.

▲ 그림으로 보는 염색체 Chromosom in Metaphase (Schema): 1 Chromatid, 2 Centromer(동원체), 3 Kurzer Arm (p-Arm), 4 Langer Arm (q-Arm). 출처:https://de.wikipedia.org/wiki/Centromer

그러나 현재 새로운 시퀀싱 기술이 도움이 되고 있다.
"나노포어-시퀀싱(Nanoporen-Sequencing)을 통해 한 번에 수십만 개의 염기쌍으로 이루어진 매우 긴 판독 섹션을 얻을 수 있다"라고 Miga는 설명한다. 나노포어 방법으로, 개별 DNA 분자는 좁은 개구부를 통과하고 장치는 염기에 따라 발생하는 미묘한 전압 변화를 등록한다.

▲ 1953년 크릭-왓슨이 제시한 DNA 3차원 모델

선구자로서의 X-염색체

이러한 방법을 사용해 Miga와 팀은 첫 번째로 염색체를 처음부터 끝까지 완전히 해독했다.
많은 질병과 성별 차이에 대한 중요성 때문에 X 염색체를 선택했다.
X-염색체는 남성에게는 한 번, 여성에게는 두 번 표시된다.

재건을 위해 연구원들은 두 개의 동일한 X 염색체가 있는 세포 유형을 사용해 나노포어-시퀀싱을 수행한 다음 특수 컴퓨터 프로그램으로 조각을 모았다. Miga는 “독특한 마커는 긴 판독 섹션을 위한 앵커 시스템의 역할을 한다”소 설명했다.
결과는 인간 염색체의 첫 번째 완전한 게놈이다.

"유전 연구의 새로운 시대 시작"

NHGRI의 에릭 그린(Eric Green)은 “이러한 성공은 유전자 연구에서 새로운 시대의 시작을 의미한다. 실제로 완전한 염색체 및 게놈 서열을 생성하는 능력은 기술 혁신이다. 이것은 게놈의 기능을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것이다”고 강조했다.
지금까지 공백이었던 게놈 단편은 특히 다양하고 중요한 제어 기능을 수행 할 수 있기 때문이다.

▲ DNA분자 단편

"우리는 여전히 새로 해독된 DNA 서열이 무엇을 가져올지 알지 못한다. 이것은 발견되지 않은 흥미로운 사실이다."라고 Phillippy는 말했다.

(Nature, 2020; doi: 10.1038/s41586-020-2547-7)
출처: National Human Genome Research Institute/ NIH, University of California – Santa Cruz

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