임광일 교수팀, 긴 DNA 위 단백질 결합 위치 분석하는 이미징 기술 개발
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- 작성자 커뮤니케이션팀
- 보도일자 2026-07-23
화공생명공학부 임광일 교수가 포함된 공동 연구팀이 긴 DNA 분자에 결합한 단백질을 고해상도로 직접 분석할 수 있는 단일분자 이미징 기술을 개발했다.
이번 연구는 주사전자현미경 (SEM)과 화학·생물학적 분자 기반 라벨링, 머신러닝 기법을 결합한 새로운 방식을 활용해 얻은 성과로, 차세대 유전체 분석과 유전자 진단 기술 발전에 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.
이번 연구는 서강대 조규봉 교수, 성균관대 이정헌 교수, 고려대 심상희 교수 연구팀과 공동으로 수행됐다. 연구 성과는 세계적인 핵산 분야 학술지 'Nucleic Acids Research' (IF: 15.0)에 게재됐다.
연구팀에 따르면 세포 내 다양한 단백질은 DNA의 특정 위치에 결합해 유전자 발현과 복제, DNA 손상 복구 등 핵심 생명현상을 조절한다. 따라서 긴 DNA 분자에서 단백질이 결합하는 위치를 정확히 분석하는 기술은 유전체 연구와 유전자치료 기술 개발에 매우 중요한 것으로 판단된다.
하지만, 기존 형광현미경 기반 기술은 빛의 회절 현상으로 인해 위치 분석의 정확도가 떨어졌다. 또한 원자힘현미경 (AFM) 기반 기술은 해상도가 높지만 넓은 영역에서 긴 DNA를 빠르게 탐색하기 어렵고, 투과전자현미경 (TEM) 기반 기술은 시료 제작과 긴 DNA 관찰이 까다로워 대면적 분석에 제약이 있었다.
DNA 상 단백질 결합 위치 표지
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 SEM 기반 DNA 이미징 기술을 개발했다. DNA를 실리콘 기판 위에 길게 펼친 뒤 희토류 기반 전자염색 (UranyLess)과 고분자 코팅 기술을 적용해 DNA를 높은 대비로 관찰할 수 있도록 했다. 이어 특정 DNA 서열에 결합하는 dCas9 단백질을 이용해 원하는 유전체 위치를 직접 시각화하는 데 성공했다.
또한, 머신러닝 기반의 자체 개발 영상 분석 알고리즘으로 단백질 결합 위치를 자동 검출하고 정량 분석해 기존 형광현미경보다 단백질의 결합 위치를 더욱 정확히 파악할 수 있었다.
수년간 DNA 이미징 플랫폼을 고도화해 온 공동연구팀은 이번 기술을 기반으로 더 높은 해상도의 DNA 구조 분석과 차세대 유전체 이미징 개발을 위한 후속 연구를 진행하고 있다. 최근 추가 연구 성과를 확보해 새로운 논문을 준비 중이다. 임광일 교수는 "차세대 유전자 진단, 정밀의료, 유전자치료 품질 관리, 단일분자 유전체 분석 기술 발전의 중요한 기반이 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.