Impact of disruption methods on high molecular weight DNA extracted from archived frozen tissues
본 연구는 최적화된 TissueLyser 균질화, 특히 ATL 버퍼를 사용하는 방식이 보관된 냉동 조직으로부터 고분자량 DNA를 추출하는 데 있어 표준화되고 효율적인 방법을 제공하며, 액체 질소 기반의 파쇄 방식과 비교하여 다양한 조직 유형에 걸쳐 우수한 수율과 일관성을 제공한다는 것을 입증한다.
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현대 바이오뱅크의 얼어붙은 금고 깊은 곳에는 액체 질소 속에 보존된 수천 개의 조직 샘플이 마치 과거로부터 온 타임캡슐처럼 잠들어 있다. 이것들은 단순히 얼어붙은 고기 덩어리가 아니다. 이들은 인간의 건강과 질병에 대한 설계도를 간직한 유전 정보의 저장고이다. 특히 단 한 번의 통과로 긴 유전 코드를 읽어낼 수 있는 첨단 시퀀싱 기술을 사용하는 최첨단 유전체학 분야의 과학자들에게, 이 DNA의 품질은 모든 것을 결정한다. 만약 유전 가닥이 끊어지거나 너무 짧다면, 가장 정교한 기계라도 이를 제대로 읽어낼 수 없다. 그러나 과제는 단순히 이 샘플들을 저장하는 것뿐만 아니라, 내부의 섬세한 유전 실타래를 산산조각 내지 않으면서 어떻게 그 비밀을 풀어내느냐 하는 것이다. 고체 상태의 냉동 조직을 세포가 담긴 액체 수프 상태로 만드는 과정을 '파쇄(disruption)'라고 하며, 이 작업에 선택된 방법은 실험의 성공과 실패를 가르는 차이를 만들 수 있다.
우한 대학교의 한 연구자는 이 구체적인 수수께끼를 풀기 위해 나섰다. 연구자는 어떤 방식으로 냉동 조직을 부수어야 고품질의 긴 DNA 가닥을 추출하는 데 최상의 결과를 얻을 수 있는지 알고 싶었다. 연구자는 이러한 연구의 표준 모델인 토끼 간 조직으로 조사를 시작하여 세 가지 뚜렷한 접근 방식을 테스트했다. 첫 번째는 연구자가 액체 질소 속에서 절구와 공이를 사용하여 조직을 거친 덩어리로 으깨는 전통적인 수동 방식이었다. 두 번째는 동일한 기술의 더 공격적인 버전으로, 조직을 미세한 가루로 갈아내는 방식이었다. 세 번째 접근 방식은 티슈리서(TissueLyser)라는 기계를 활용했는데, 이는 튜브 안에서 작은 비즈를 사용하여 조직을 흔들고 으깨는 방식으로, 속도가 빠르고 많은 샘의 샘플을 동시에 처리할 수 있어 점점 더 인기를 얻고 있는 방법이다.
이 초기 테스트의 결과는 명확한 절충 관계를 드러냈다. 가장 고운 가루를 만들어낸 방식인 수동 분쇄법은 실제로 가장 적은 양의 DNA를 생성했으며 가장 많이 끊기고 파편화된 가닥을 결과물로 내놓았다. 조직을 미세한 먼지로 만드는 데 필요한 강한 물리적 힘이 유전 물질 또한 끊어버린 것으로 보였다. 조직을 더 크고 거친 조각으로 남겨두는 수동 파쇄 방식은 DNA 가닥을 길고 온전하게 유지하는 데는 더 효과적이었으나, 연구자가 기대했던 만큼의 DNA를 방출하지는 못했다. 기계 기반의 흔드는 방식은 맹물을 사용했을 때 가장 많은 DNA를 방출하고 매우 깨끗했으나, 생성된 가닥은 수동 파쇄 방식보다 짧았다.
연구자는 조직을 흔드는 액체가 흔드는 행위 자체만큼이나 중요할 수 있다는 점을 깨달았다. 연구자는 두 가지 다른 액체를 사용하여 기계를 테스트했다: 인산염 완충 식염수(PBS)로 알려진 표준 염 용액과 세포를 파괴하도록 설계된 특수 용해 버퍼(lysis buffer)였다. 염 용액을 사용했을 때, 기계는 수동 방식의 최상 결과와 맞먹을 정도로 놀랍도록 길고 온상한 DNA 가닥을 만들어냈지만, 전체 DNA 양은 약간 적었다. 그러나 특수 용해 버퍼로 교체하자, 기계는 다른 어떤 방법보다 훨씬 더 많은 양의 DNA를 방출했으나 가닥은 현저히 짧아졌다. 튜브 내부의 화학적 환경이 DNA를 파손으로부터 보호하거나, 혹은 용해 버퍼의 경우 DNA를 방출하기는 더 쉽게 만들되 흔드는 물리적 힘에는 더 취약하게 만드는 것으로 보였다.
완벽한 균형을 찾기 위해 연구자는 기계의 설정을 미세 조정했다. 연구자는 용해 버퍼를 사용할 때 조직을 더 부드럽게, 즉 더 느린 속도로 흔드는 것이 DNA 가닥의 길이를 보존하는 데 도움이 된다는 것을 발견했다. 다만 이 경우 전체적인 DNA 방출량은 줄어들었다. 반대로, 염 용액을 사용하여 더 오랫동안 흔드는 것은 결과 개선에 도움이 되지 않았는데, 이는 초기 짧은 분출 이후에 이미 조직이 완전히 분해되었음을 시사했다. 연구자는 가장 유망한 방법들을 가져와 간, 신장, 방광, 췌장의 네 가지 다른 인간 조직에 대해 테스트했다. 결과는 전반적으로 동일하게 나타났다. 기계를 염 용액과 함께 사용했을 때 조직의 종류와 상관없이 일관되적으로 가장 길고 온전한 DNA 가닥을 생성했다. 기계를 용해 버퍼와 함께 사용했을 때는 일관되게 가장 높은 양의 DNA를 생성했지만, 가닥은 더 짧았다.
연구는 단 하나의 "최선"의 조직 파쇄 방법은 존재하지 않는다는 결론을 내린다. 올바른 선택은 전적으로 과학자가 다음에 무엇을 필요로 하느냐에 달려 있다. 만약 가닥의 길이가 덜 중요하다면, 예를 들어 빠른 분석을 위해 최대치의 유전 물질을 얻는 것이 목표라면 특수 용해 버퍼를 사용하는 기계가 우수한 도구가 된다. 하지만 매우 길고 끊어지지 않은 DNA 가닥을 요구하는 첨단 시퀀싱을 수행하는 것이 목표라면, 염 용액을 사용하는 기계가 확실한 승자이다. 이 연구는 바이오뱅크를 관리하는 과학자들에게 실질적인 가이드를 제공하며, 그들이 보유한 소중한 냉동 샘 샘플이 유전 코드의 무결성을 보존하는 방식으로 처리되어, 미래의 발견들이 고품질의 데이터를 토대로 구축될 수 있도록 보장한다.
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