[방재욱 칼럼] 상식으로 다가온 PCR 검사

칼럼니스트 방재욱(方在旭) 

충남대학교 명예교수


아침에 아파트에서 나오는데 현관문 바깥쪽에 ‘재난안전대책본부’에서 붙여놓은 <알려드립니다>라는 게시물이 눈에 들어온다. 게시물의 내용을 살펴보니 아파트 주민 1명이 코로나19 양성으로 판정되어 주 출입구, 엘리베이터, 계단 등의 방역이 이루어졌으며, 거주 주민들의 건강 안전을 위해 희망하는 사람은 보건소를 방문해 검체 검사를 받으라는 알림이었다. 게시물을 보고 당일 오후에 보건소 선별진료소를 방문해 검사를 받고, 다음 날 아침 “코로나19 검사 결과는 음성입니다”라는 검사 결과를 문자 메시지로 통보받고 불안했던 마음이 조금 안정되었다. 메시지에 검사방법으로 ‘비인두도말 PCR’이 명기되어 있는데, 코로나19 감염 여부 검사로 우리 곁에 상식으로 다가와 있는 PCR 검사는 무엇이며, 어떻게 이루어지는 것일까. 


현재 코로나19 감염 여부 확인에 유용하게 이용되고 있는 PCR 검사 기법 내용을 PCR의 개념과 함께 적용 과정을 중심으로 살펴본다. 

중합효소연쇄반응으로 불리는 PCR(Polymerase Chain Reaction) 기술은 1985년에 미국 생화학자 멀리스(Kary Banks Mullis) 박사에 의해 개발되었다. 이 기술은 유전자인 DNA를 몇 시간 내에 백만 배 넘게 증폭시켜 특정 유전자나 DNA 서열을 대량으로 얻을 수 있는 최첨단 분자생물학적 기법이다. 멀리스 박사는 유전자 조작 PCR 기술개발 공로로 1993에 DNA 돌연변이 유발법을 개발한 스미스(Michael Smith)와 함께 노벨화학상을 공동 수상했다. 

PCR 검사에서 사용되는 DNA 중합효소(DNA Polymerase)는 DNA 복제에 관여하는 효소로 DNA의 구성 요소인 뉴클레오타이드를 모아 DNA 분자 합성을 촉매해준다. 세포분열 과정을 통해 동일한 유전자를 가진 딸세포가 만들어지려면 기존 DNA 분자의 복제본이 만들어져 딸세포로 이동해야 하는데, 이 과정에서 세포의 DNA 복제를 돕는 역할을 해주는 것이 바로 중합효소이다. 

PCR 기법은 유전자인 DNA를 시험관 내에서 복제해 증폭시키는 기술로 특정한 시발자인 프라이머(Primer)에 의해 표적 DNA의 염기서열을 찾아내고, 열에 내성을 지닌 중합효소와 자동화된 온도조절기기를 이용해 DNA를 대량으로 증폭시키는 기술이다. DNA를 대량 증폭 시 복제는 중합효소에 의해 이루어진다. 

DNA 복제에 필수적인 중합효소들은 보통 하나의 원형 DNA 분자에서 상보적인 DNA 분자를 합성해내 두 가닥의 DNA를 한 쌍으로 결합시키는 역할을 한다. 이 과정에서 DNA 중합효소는 기존 DNA 가닥과 상보적인 새로운 두 가닥의 DNA를 만들기 위해 DNA 가닥을 읽어나간다. DNA 복제에 관여하는 중합효소는 열에 불안정하지만 내열성을 가진 효소를 이용하면 복제가 가능할 수 있는데, 그 과정은 다음과 같다. 


시험관에 검체 채취에서 얻은 DNA와 함께 효소, 기질 그리고 프라이머(시발자)를 넣고 95℃로 가열해 DNA 가닥을 풀어준 다음 온도를 50℃로 낮추어주면 프라이머가 풀어진 DNA 주형 가닥에 결합한다. 프라이머가 결합된 DNA의 온도를 70℃ 정도로 올려주면 DNA 합성 반응이 진행된다. 이렇게 온도를 주기적으로 변화시켜주면 DNA 합성 반응이 연속적으로 일어나 DNA가 대량으로 증폭이 되는데, 이 기법이 바로 PCR 기술이다. 

코로나19 PCR 검사의 실례로 앞에서 예시한 비인두도말 PCR 검사에 대해 살펴본다. 비인두도말 PCR 검사에서 코와 인두를 의미하는 비인두(鼻咽頭)는 코의 안쪽에 있는 공간으로 호흡 시 공기가 흐르는 통로를 지칭하며, 도말(塗抹)은 점막에서 분비물을 채취하는 것을 말한다. 비인두도말검사를 담당하는 의료인은 N95 마스크, 일회용 모자, 고글, 가운, 라텍스 장갑 및 신발 커버 등의 보호장비(PPE)를 착용해야 한다. 

분비물을 채취할 때 피검자가 마스크를 내리고 머리를 뒤로 젖히면 의료인이 검사받는 사람의 콧구멍 깊숙이 면봉을 삽입해 코와 인두 뒤쪽 점막에서 분비물을 채취해낸다. 성인의 경우 면봉을 최소 10cm 이상 넣고 분비물을 묻혀내야 제대로 된 결과를 얻을 수 있다. 분비물을 충분하게 채취한 다음 면봉을 검체 수집 튜브에 넣어 검사기관으로 보내면 PCR 검사를 통해 바로 바이러스 감염 여부를 판정할 수 있다.  

이렇게 특정 유전자를 증폭시켜 확인할 수 있는 PCR 기술은 의료계에서 유전병이나 암을 확인하는 유전자 진단이나 코로나19 검사에서처럼 병원체의 종류를 확인하는 감염 병원체 검사에 이용되고 있다. 특정 유전자나 DNA 서열을 대량으로 얻을 수 있는 PCR 기술은 친자 확인이나 범죄자 식별에도 널리 이용되고 있다.


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