시약 없이 온도만 바꿔 DNA 합성…KAIST, 세계 첫 원천기술 개발

물 한 방울로 배송 온도 기록…‘DNA 온도 블랙박스’ 구현

헤어핀 DNA 이용해 단일 시험관에서 원하는 서열 합성

백신·바이오의약품·신선식품 콜드체인 적용 가능

DNA 온도 블랙박스 개념 이미지. ⓒKAIST

KAIST 연구진이 복잡한 화학 시약 교체 없이 온도만 조절해 원하는 DNA 서열을 합성하는 기술을 개발했다. 연구팀은 이를 이용해 배송 과정의 온도 변화 이력을 전력 없이 DNA에 기록하는 ‘DNA 온도 블랙박스’도 구현했다.

KAIST는 공학생물학대학원 최영재 교수 연구팀이 에이티지라이프텍, 이화여자대학교 최한솔 교수 연구팀과 공동으로 ‘온도 매개형 단일 시험관 DNA 합성’ 플랫폼을 개발했다고 7일 밝혔다.

기존 DNA 합성은 염기 A·T·G·C를 하나씩 연결할 때마다 화학 시약을 주입하고 세척하는 공정을 반복해야 했다. 이 때문에 수억원대 자동 합성 장비와 전문 연구시설이 필요했다.

연구팀은 특정 온도에서만 펼쳐지는 헤어핀 구조의 DNA를 설계했다. 서로 다른 온도에서 반응하는 여러 종류의 헤어핀 DNA를 하나의 시험관에 넣은 뒤 온도를 순서대로 바꿔 원하는 DNA를 합성했다.

연구팀은 이 기술을 ‘TEMPER’로 명명했다. 화학 시약을 계속 바꾸는 대신 일반적인 온도 조절 장치만으로 합성 과정을 제어할 수 있어 장비와 시약 의존도를 낮출 수 있다는 설명이다.

기술의 활용 가능성을 확인하기 위해 무전원 DNA 온도 블랙박스도 제작했다. 동결건조 상태로 보관하다가 물 한 방울을 떨어뜨리면 작동하며 배송 중 온도와 노출 시간, 발생 순서를 DNA 서열에 기록한다.

일정 온도 이상에 노출되면 색이 변해 이상 여부도 확인할 수 있다. 백신과 바이오의약품, 세포치료제, 신선식품처럼 저온 유통이 필요한 제품의 품질 관리에 적용할 수 있다.

이번 연구에는 KAIST 최장호 연구원과 GIST 김진호 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 7월 2일자에 게재됐다.

최영재 교수는 “이번 연구는 화학 시약 대신 온도만으로 DNA를 합성할 수 있다는 새로운 원리를 제시한 세계 최초의 원천기술”이라며 “DNA 합성을 더욱 쉽고 경제적으로 만들어 바이오 기초 연구의 진입 장벽을 낮추고, 무전원 DNA 온도 블랙박스와 같은 새로운 산업 응용으로도 이어질 것으로 기대한다”고 말했다.