유전자와 법칙

유전자와 법칙

 

인간의 각 세포는 6×10' 염기쌍의 DNA를 갖는다. 많은 구조유전자들(예를 들면 헤모글로빈의 B- 사슬의 유전자)의 염기서열은 대부분의 사람들에서 동일하게 나타난다. 하지만 게놈의 기다란 연속 부위가 아무런 것을 암호화하지 않으면서 쉽게 돌연변이되기도 한다. 개개의 인간에서 DNA 염기서열 전체를 분석할 수 있다면 절대로 동일한 두 사람(일란성 쌍생아-하나의 접합자에서 유래된에서 분석한 염기서열을 제외하고)을 찾을 수 없을 것이라는 점은 확실한 것 같다. 그래서 개개인의 DNA는 지문처럼 독특하다. 이같은 사실은 법적 강제성과 법적 공언을 피할 수 없게 만든다. DNA 형 결정이라고 하는 DNA 분석은 (1) 강간범과 다른 범죄자를 확인하고, (2) 친자확인, 즉 누가 아이 제14장 인간의 유전자 조작 357의 진짜 아버지인가를 결정하며, (3) 희망에 찬 이민자들에게 남녀를 불문하고 그들이 주장하는 바대로, 이미 정착해서 살고 있는 거주자가 진짜로 가까운 친척인지 아닌지를 결정하는 데 광범위하게 사용된다.

DNA형 결정은 단순히 RFLP 분석의 한 예이다. 분석할 DNA는 먼저 제한효소로 처리한다. 결과적으로 생긴 단편들은 전기영동으로 분리하고 단일 가닥으로 변성시켜 여과지에 흡수시킨 후 하나 또는 그 이상의 탐침자에 노출시킨다.

많은 대부분의 유용한 탐침자들은 게놈상의 유일한 유전자 좌위에서만 발견되는 염기서열을 검출해낸다. 그 좌위는 여러 번 반복되고, 제한효소 절단위치에 접한 짧은 염기서열을 포함한다. 이들 유전자 좌위들은 다양한 수의 직렬반복배열, 약자로 VNTRs라 한다. 반복되는 정확한 수는 개인에 따라 상당히 다양한데 각각의 개수는 그 좌위에 있는 서로 다른 대립인자를 의미한다. 반복이 많아지면 많아질수록 제한효소에 의해 만들어지는 DNA 단편들이 더 많아지고 전기영동상에서 이동해 가는 간격이 더 좁아진다. 인구 전체에서 유전자 좌위의 대립인자가 많이 발견될지 모르지만 한 개인을 놓고 보면 최대로 많아야 2개(이형접합자)의 대립인자를 가질 뿐이다.

강간사건의 실험결과를 보여준다. 2개의 탐침자가 사용되었다. 즉 하나는 위쪽의 밴드들을 보여주고 다른 하나는 아래쪽의 밴드들을 보여준다. 강간 피해자의 질에서 얻어낸 정액에서 DNA(증거 2)를 검사했고, 피해자의 옷에 남겨진 정액 얼룩(증거1), 피해자 자신의 DNA(피해자), 그리고 두명의 혐의자(혐의자 1과 혐의자 2)로부터 DNA를 분리해 검사했다. "표지" 레인에는 이미 알고 있고 길이가 짧아지는 한 조의 DNA단편을 걸었다. 이것은 각각의 검사 단편이 이동해 가는 정확한 거리를 재는 “자”로써 작용한다. “PST 대조" 표지 레인은 “양성”대조, 즉 탐침이 여전히 적절하게 작용하는 것을 확인하게 할 이전의 시험 재료에서 얻은 DNA 표본을 포함한다. 이 검사에 기초해서 두 번째 혐의자는 명확히 배제될 수 있다. 두 번째 혐의자의 밴드는 정액에서 발견되는 밴드와 전혀 일치하지가 않는다. 그러나 첫번째 혐의자의 밴드 7개는 정액 표본의 밴드와 정확히 일치한다.

첫번째 혐의자가 범인일까? 결코 확증지을 수는 없다. 우리가 할 수 있는 최선의 길은 무작위로 뽑은 다른 사람들의 DNA “지문”을 제공해서 확률을 계산하는 것이다. 통계적인 계산에 의하면, 주어진 대립인자(밴드)는 검사한 사람의 25% 정도가 된다. 2개의 대립인자의 무작위로 짝을 이룰 확률은(0.25) 또는 1/16 이 된다. 3개의 대립인자가 짝을 이룰 확률은 마찬가지로(0.25) 또는 1/64 이 된다. 하지만 혐의자는 무작위로 선발하지 않았고 따라서 범죄의 증거는 확실하다고 느끼게 될지 모른다. 탐침자를 많이 사용할수록 올바른 사람을 찾아내는 것이 더욱 신뢰감있게 될 것이다. 예를 들어 한 조의 탐침이 정액표본의 DNA와 동일한 혐의자의 DNA에서 14개의 밴드를 밝혀준다고 하면, 여러분이 틀린 사람을 지적할 확률을 미국의 전체 인구보다 더 많은 2억6천8백만 분의 1 = (0.25) 이하로 낮출 수가 있다. 그러나 특정 유전자 좌위의 빈도는 어떤 군집에서 평균적으로 나타나는 것보다 훨씬 많이 보일수가 있다. Dunker 집단(32.9절 참조)처럼 혈연관계가 밀접한 인구집단에서는 범죄의 확률을 간과하지 않도록 특별한 주의가 필요하다.

 

 

중합효소 연쇄반응

극소량의 DNA 표본을 가지고도 깨끗한 결과를 얻을 수 있게 됨으로써, DNA형 결정의 유용성이 대단히 커졌다. 중합효소연쇄반응은 시험관내에서 특정 DNA 단편을 짧은 시간에 “클로닝”할 수 있는 기술을 제공한다. 실제로, 이 기법으로 인해서 한 분자의 DNA를 무한대로 복제할 수가 있게 되었다.

 

중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)을 하기 위해서는 최소한 복제하고자 하는 DNA의 염기서열 중 한 부분이라도 알고 있어야만 가능하다. 그런 후 짧은 가닥의 “올리고뉴클레오티드" (약 24개 염기)를 합성해야 하는데, 이러한 DNA 분절은 증폭하고자 하는 각 DNA 가닥의 3' 말단의 염기서열과 상보적이어야 한다. DNA 이중가닥을 분리하기 위해서 DNA 재료를 가열한 후 두 개의 합성 올리고뉴클레오티드“개시자”(primer)를 넣어주게 된다. 이 개시자들이 상보적인 염기서열을 찾게 되면 거기에 결합하고 원래의 DNA 가닥을 모델로 해서 합성(항상 5′→3′ 방향으로 합성)을 시작한다. 이런 일을 진행하기 위해서 개시자는 모두 네 가지의 데옥시뉴클레오티드(dATP, dCTP, dGTP, dTTP, 6.5절 참조)와 DNA 중합효소의 공급을 필요로 한다. DNA 중합효소는 DNA 가닥을 분리시킬 때 필요한 고온처리 과정에서도 전혀 변성되지 않기 때문에, 중합효소 연쇄반응에 사용된다. 중합반응은 새로 합성된 가닥이 다른 개시자가 인식할 만큼의 충분한 자리 (site)를 확보할 때까지 진행된다. 이제 원래의 한 분자로부터 두 분자의 DNA가 만들어지고, 이 두 분자의 DNA는 다시 가열하여 분리되고, 반복된 과정을 되풀이한다. 자동화된 기계를 사용하면, 한 사이클의 복제는 5분내에 완결될 수 있다. 30사이클을 마치면, 한 분자의 DNA가 증폭되어 10억개 이상(230 = 1.02 × 10)이 된다.

 

PCR 기법을 사용하면, 보통 1개의 모낭(毛囊)에서 DNA 형 결정하기에 충분한 DNA를 증폭할 수가 있다. 어떤 연구자들은 하나의 정자세포에서 DNA를 성공적으로 증폭하기도 했다. PCR 기법은 심지어 몇 해 전에 만들어 놓은 조직의 슬라이드에서까지 DNA를 분석할 수 있게 하였다.