[식품미생물학] 식품 분야에서 유전자 분석기술의 이용 : PCR, DNA 시퀀싱

코로나바이러스로 인해 일반 사람들에게도 코로나바이러스의 검사법인 PCR(Polymerase chain reaction)과 같은 유전자 분석 기술이 널리 알려지게 되었습니다. 이런 유전자 분석기술은 식품 분야에서도 오래전부터 활용돼 왔습니다. 오늘은 식품 분야에서 유전자 분석 기술이 어떻게 적용되고 있는지를 간단하게 소개하고자 합니다.

 

---

 

유전자 분석 기술의 대표적인 방법에는 중합효소연쇄반응(Polymerase chain reaction), 흔히 PCR이라 부르는 방법이 있습니다. PCR은 시험관 내에서 핵산의 특정 영역을 증폭하는 기술로, 1980년대에 Mullis라는 사람이 개발했습니다.

 

이후 Real time PCR과 같이 PCR을 기반으로 개량된 여러 파생 기술이 개발되었고, 이러한 기술의 개발은 의학, 생물학과 같이 관련된 분야에 있어서 엄청난 기여를 하게 됩니다.

 

식품 분야에서 바라보면 유전자 재조합 작물(GMO) 검사에 PCR 기술을 통해 확인하는 것이 대표적이라 볼 수 있습니다. 또한 식품 알레르겐에 대해서도 PCR을 통해 알레르겐이 되는 특정 원료의 확인 검사법으로 사용되기도 합니다.

 

유전자 분석 기술은 크게

(1) 유전자 중에서 특정 염기 서열을 PCR로 검출하는 방법

(2) DNA 시퀀싱 기술을 이용해 유전자 염기 배열 정보를 확인하는 방법으로 두 가지 경우로 나누어 볼 수 있습니다.

 

 

(1) 유전자 중에서 특정 염기 서열을 PCR로 검출하는 방법

검출하고자 하는 대상에 대해 분석에 필요한 유전자 영역의 염기 서열을 이미 알고 있는 경우, 그 염기 서열 내에 있는 특이적인 염기 서열을 표적으로 삼아 PCR을 이용해 특정 염기 서열의 유무를 확인할 수 있습니다.

 

앞서 말한 유전자 재조합 작물에 대한 검사의 경우 유전자 재조합 작물 내에 도입된 외래 유전자의 염기 서열을 분석하는 방식으로 알 수 있습니다. 알레르겐 검사의 경우 식품의 알레르겐이 되는 특이적인 염기 서열을 대상으로 분석을 진행하게 됩니다.

 

이전에는 PCR 반응 후 겔 전기영동을 통해 PCR 반응 산물인 DNA 단편을 육안으로 확인하는 방식으로 정성 PCR 검사를 진행했지만, Real time PCR의 경우 PCR 반응 진행에 따라 타겟 핵산이 증폭되는 것을 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 정량 분석이 가능하기 때문에 최근에는 Real time PCR을 도입하는 경우가 늘어나고 있습니다.

(2) DNA 시퀀싱

DNA 시퀀싱은 유전자의 염기 서열을 분석하는 방법으로 주로 생물종의 동정에 많이 이용되는 방법입니다.

DNA 시퀀싱의 기본 원리는 1970년대 Sanger라는 사람이 개발한 Dideoxy법을 기반으로 하고 있습니다.

 

각 생물은 하우스 키핑 유전자(House keeping gene)라 불리는 세포의 생존에 있어 필수 불가결한 유전자 그룹을 가지고 있습니다.

 

리보솜 RNA(ribosomal RNA, rRNA)는 대표적인 하우스키핑 유전자로 그 내부에는 염기 서열이 보존된 유전자 영역과 생물이 진화함에 따라 염기 서열이 서서히 변화한 가변 영역을 지니고 있습니다.

이를 이용하여 rRNA 유전자의 가변 영역에 대한 염기 서열 분석을 진행하여 염기체의 동정을 진행할 수 있습니다.

 

예를 들면 세균(박테리아)의 16S rRNA 유전자, 진균(효모, 곰팡이)의 rRNA 유전자의 스페이서(ITS, Internal transcribed spacer) 영역 또는 18S rRNA, 26S/28S rRNA 유전자의 염기 서열 분석을 통해 미생물을 동정할 수 있습니다.