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박대찬 교수, DNA 진화 메커니즘 규명 논문 발표
제목 박대찬 교수, DNA 진화 메커니즘 규명 논문 발표
등록일 2019-02-01 조회수 2713
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우리 학교 생명과학과 박대찬 교수가 DNA의 진화 메커니즘을 밝혀냈다. 이 연구 성과는 유전물질인 DNA의 분자 진화·성장 메커니즘을 규명하는 데 기여할 수 있을 것으로 보인다.   

박대찬 교수(생명과학과, 사진)가 참여한 연구는 “셀프 프라이밍 분자 복제에서의 선택성(Selection of self-priming molecular replicators)”이라는 제목으로 <Nucleic Acids Research> 1월30일 온라인 어드밴스 판에 개제됐다. 박 교수는 제1저자로 참여했고 고려대 정철희 교수(생명공학부)가 교신저자로 함께 했다.

생명체가 생존하고 번식·진화하기 위해서는 반드시 유전 물질이 필요하며 모든 생명체는 DNA를 유전물질로 사용한다. 생물이 탄생하기 전 원시세계에서는 이러한 유전 물질이 짧은 조각의 분자 형태로 존재했을 것으로 예상된다. 이러한 DNA의 분자 진화 및 성장 메커니즘은 분자진화학 분야의 주요 과제였으나, 짧은 DNA 조각이 어떻게 유전자를 암호화 할 수 있을 정도의 크기로 성장했는지가 난제로 남아있었다. 

박대찬 교수 연구팀은 이러한 부분을 설명할 수 있는 적절한 모델을 만들어, 진화 과정에서 유전체가 커지는 메커니즘을 발견하는 데 성공했다.

박 교수는 “사람에게는 30억개의 염기가 있고, 박테리아 유전체도 수백만 개의 염기로 이뤄져 있다”며 “그런데 어떻게 짧은 DNA가 이렇게 긴 서열을 구성하게 되었는지를 설명할 수 있는 적절한 모델이 그동안 존재하지 않았다”고 설명했다.

연구팀은 그동안 알려진 가장 흔한 DNA 증폭법(Polymerase chain reaction, PCR)의 한계를 극복하기 위해 새로운 시스템을 개발했다. 짧은 DNA 끝이 잘 구부러져 스스로 프라이머(primer) 역할을 할 수 있는 분자를 설계했고, 랜덤 서열을 등온에서 선형적으로 증폭 시킬 수 있는 방법을 찾은 것.

기존의 PCR 방법은 짧은 DNA 조각을 이용해 합성을 유도하는 것으로, 분자의 개수는 기하급수적으로 늘어나지만 각 분자의 크기가 늘어나는 것은 아니다. 따라서 이 방법으로는 원시세계에서 유전체가 커진 메커니즘을 이해하는 데 있어 적합하지 않았다.

박 교수 연구팀은 그렇게 생성된 가상의 원시 유전체에 대해 차세대 염기 서열법과 생명 정보학 분석을 수행했고, 이를 통해 빠르게 자라는 DNA 서열이 가진 진화적 특성을 밝혀낼 수 있었다.

연구팀의 논문은 생명의 기원을 연구하는 데 있어 우수한 실험적 모델로, 앞으로 DNA의 분자 진화 및 성장 메커니즘을 이해하는 데 기여할 수 있을 것으로 전망된다. 한편 이번 연구는 아주대 교내 정착 연구비(박대찬 교수)와 연구재단 신진연구비(정철희 교수) 지원을 받아 수행됐다.





<Figure 1. Scheme of a phosphorothioated-terminal hairpin formation and self-priming extension (PS-THSP) for selection of self-replicators>


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