질병의 진단

질병의 진단

 

재조합 DNA 기술은 의사들이 질병을 진단하는데 도움을 주는 도구로써 광범위하게 사용된다. 대부분의 이들은 탐침자(probe) 제작이 필요하다. 탐침자는 방사성 또는 형광성 표지가 부착된 짧게 신장된 단일 가닥 DNA이다. 만일 이들 탐침자가 실험시료에서 뉴클레오티드의 상보적인 서열과 만난다면 Watson Crick 염기쌍에 의해 결합하게 될 것이고 그것을 동정할 수 있다. 적절한 조건하에서 탐침자는 단일하게 잘못 짝지워진(비상보성 염기) 것만 포함하는 한 가닥의 DNA(결합을 못함에 의해)를 구별할 수 있다.

 

감염성 질병

일반적으로 감염의 정확한 동정을 위해서는 환자로부터 시료(예를 들면 면봉으로) 채취를 필요로 하고 실험실에서 추정된 병원균을 자라게 한다. 이것은 몇 일이 걸린다. 그리고 해답이 있을 때 이미 환자의 운명은 결정된다. 재조합 DNA 방법에 의해 동정과정은 빨라질 수 있었다. Legionnaires의 질병을 유발하는 박테리아인 Legionella는 실험실에서 배양하기가 어렵기로 널리 알려져 있다.

그러나 유기체의 rRNA 유전자에 상보적인 DNA 탐침자는 매우 빠르게 Legionella를 동정할 수 있다. 또한 DNA 탐침자는 일상적으로 Salmonella(식품중독), 포도상 구균(고름을 형성하는 감염), A형 간염 바이러스(“전염성간염), 폴리오바이러스, 그리고 AIDS 바이러스인 HIV와 같은 다른 감염물의 신속한 동정을 하는데 사용된다.

 

유전성 질병

만일 우리가 유전자 서열을 알고 있다면 우리는 그것과 결합할 수 있는 “탐침자"를 만들수 있다. 낫꼴 적혈구 빈혈증(sickle-cell anemia)은 유전성 질병이다. 이것은 환자의 두 유전자가 헤모글로빈분자의 B- 사슬의 6번째 위치에서 아미노산 valine(Val)을 암호화한다. 이 돌연변이체 유전자는 BS로 나타낸다. "정상적인"B-사슬은 6번째 위치에서 glutamic acid(Glu)를 가지며 그 유전자는 B로 나타낸다. 두 유전자 사이의 유일한 차이점은 코돈 6의 중간위치에서 A 대신에 T로 치환된다는 것이다. 이것은 GAG 코돈(Glu에 대해)을 GAT 코돈(Val에 대해)으로 전환시킨다. 이 2개의 유전자는 각 서열에 상보적인 탐침자에 의해 구별될 수 있다. 대신에 하나의 탐침자는 C-py-N-A-G-G(여기서 py는 피리미딘 C이거나 T이다.

 

그리고 N은 4개의 염기 중 하나이다) 서열과 만나는 곳이면 어디든지 DNA를 자르는 제한효소로 사용될 수 있다. 이 서열은 BA유전자의 세 번째 위치(코돈 5, 6, 7과 부가적인 위치에서 하류부분으로 뻗치는 유전자개시의 상류부분)에서 나타난다. 낫꼴(sickle) 유전자가 코돈 6에서 A 대신 T를 가지므로 이 부위는 제거된다. 정상적인 유전자가 효소에 의해 절단되고 그 단편들이 전기영동에 의해 분리될 때 상류부분의 서열에 상보적인 탐침자는 코돈 6에서 끝난 짧은 단편에 결합한다. 효소는 이 부위에서 낫꼴 적혈구 유전자를 자를 수 없다. 그래서 탐침자는 더 큰 DNA의 단편에 달라 붙는다. B에 동형접합성인 사람의 DNA 탐침자는 짧은 단편으로 나타나고 반면에, BS에 동형접합성인 것은 큰 단편으로 나타난다. 이형접합성 운반자의 특성은 1개의 짧은 단편과 그리고 1개의 긴 단편을 갖는다.

이런 도구 장치는 어떻게 사용되는가? 장래 부모의 DNA 를 검사함으로써 그들의 유전자형이 결정될 수 있다. 낫꼴 적혈구 빈혈증의 경우에 있어서 만약 부모 둘다 유전자에 대해 이형접합성이라면 질병이 있는 아이를 낳을 확률은 1/4이다.

양수천자(羊水穿刺, amniocentesis)와 융모막 융모(絨毛膜 絨毛) 검사법은 임신 초기 태아의 DNA에 같은 기술의 적용을 가능하게 해준다. 부모들은 태어나지 않은 아이가 질병에서 벗어나는지의 여부를 알 수 있다. 그들은 병을 앓는 아이를 출산하기보다는 낙태를 선택할 것이다.

B- 사슬 유전자에서 단일한 점돌연변이(point mutation)는 낫꼴 적혈구 빈혈증을 야기시킨다. 대부분의 유전성 질병을 야기하는 돌연변이는 그것보다 훨씬 더 다양하다. 낭포성 섬유증(囊胞性 纖維症, cystic fibrosis) 유전자내에서 수십 개의 다른 돌연변이는 질병을 야기시킬 수 있다. 돌연변이의 한 유형에 대한 탐침자는 두 번째 유형을 동정하지 못한다. 일반적인 돌연변이 각각에 대해서 하나인 탐침자의 복합체는 사용될 수 있다. 그러나 “허구적 음성"(false negative)의 문제가 여전히 남아 있다. 기만적인 사람들은 돌연변이체 유전자를 운반하지 않는다고 말했다.

불완전한 유전자는 많은 유전성 질병 때문에 아직도 발견되지 않았다. 유전자를 찾아내고 클론하고 서열을 알아낼 수 있을 때까지 탐침자는 유전자를 직접적으로 검출하도록 만들어질 수 없다. 그러나 이와 같은 경우에 질병을 일으키는 유전자에 밀접하게 연관되어 있는 또 다른 유전적 표지" (marker)를 발견하는 것은 때때로 가능하다. 가장 유용한 표지는 제한단편 길이다형현상(restriction fragment length polymorphisms, RFLPs)이다. 제한단편은 제한효소로 절단하여 만들어진 DNA의 조각이다. 그것들은 전기영동에 의해 분리될수 있다. 그리고 방사성 탐침자로 가시화할 수 있다. 다형현상(polymorphism)은 한 개체군 중 개체 사이에서 발견된 유전적인 차이를 나타낸다.

RFLP 분석을 실행에 옮기기 위해서 우리는 DNA의 특정 서열에 결합하는 탐침자를 필요로 한다. 즉 이것은 게놈의 한 장소에서만 일어난다. 그와 같은 탐침자는 개개인이 유전적으로 가지고 있는 효소 절단위치에 따라서 생성된 다른 길이의 절단된 DNA에 결합할 것이다. 그래서 RFLPs는 다른 대립인자처럼 작용한다. 어떤 사람들은 동형접합성이고 하나의 띠(band)를 나타낸다. 다른 사람들은 띠를 만들어내는 각 대립인자에 이형접합성이다. 낫꼴 적혈구 빈혈증 검사에서 처럼 RFLPs는 구조유전자내에 위치한다. 더 흔히 RFLPs는 가령 있다 하더라도 기능이 잘 알려지지 않은 DNA내에 위치한다. DNA가 소유자에게 해가 없이 자유롭게 변화하기 때문에 이런 RFLPs는 특히 유용하다. 그래서 대립인자의 커다란 다양성(다형 현상)은 집단내에서 나타날 것이다. 3대에 걸친 하나의 가계(family)를 통해서 RFLP 표지의 유전을 보여준다. 총 8개의 대립인자는 가계내에 나타난다(조부모 각각은 다른 것들과 공유하지 않는 2개의 대립인자에 대해 이형접합성이다). 그러나 모든 대립인자처럼 사람들 각각은 단지 2개가 유전할수 있다는 것에 주의하라.

만일 특정 RFLP 가 특정 유전성 질병에 관련된다면 RFLP 의 존재나 부재는 병에 걸리거나 병을 옮기는 위험에 관해서 사람들에게 조언해 주기 위하여 사용될 수 있다. 가설은 그것들이 정말로 관심있는 유전자가 RFLP 에 너무 가깝게 위치하므로 RFLP 의 출현이 유전자 자신에 대한 대행자로써 역할을 할 수 있다는 것이다. 그러나 검사받기를 원하는 사람들은 병원에 들어가기를 꺼려한다. 염색체 교차 때문에 특정 RFLP는 어떤 사람에 있어서는 돌연변이체와 결합할 것이고 다른 사람들에 있어서는 건강한 대립인자와 결합할 것이다. 그래서 환자뿐만 아니라 가능한 한 환자들의 가족 구성원도 또한 검사해야 하는 것은 필수적이다.

Huntington's 병은 아이들이 있는 중년에 급습하는 상염색체상의 특이한 질병이다. 그래서 때때로 초기 세대에서 발생하는 Huntington's 병에 걸린 가족 구성원은 그들이나 그들의 아이들이 결국 병에 걸릴 운명인지의 여부를 알고자 한다. 만약 RFLP가 질병과 함께 유전된다는 것을 보여준다면 아직 영향받지 않은 가족 구성원에 있어서 RFLP의 존재는 위험의 징후일 것이다. 물론 질환이 있는 부모에 의해 부여된 배우자에 있어서의 염색체 교차는 RFLP 를 건강한 유전자로 치환시킬 수 있을 것이다. 그래서 RFLP 와 유전자 좌위 사이의 간격이 크면 클수록 정확한 진단의 가능성이 낮다.

우리 모두 검사를 받아야 하는가

낭포성 섬유증 유전자를 이어받았는지의 여부를 알기 위해서 유전 상담 클리닉을 찾기전에 몇 가지 문제가 고려되어져야 한다. 검사는 얼마나 정확한가? “허구적 양성" (그리고 불필요한 검사결과의 불안)과 “허구적 음성”(그리고 근거가 없는 검사결과에 대한 믿음)의 가능성은 낮은가? 우리는 검사할 여유가 있는가? 만약 우리가 우리에게 어떤 문제를 야기시키지 않는 돌연변이체에 대해 양성임이 판명된다면 이것이 건강보험, 생명보험, 실업보험, 보장에 대한 우리의 가능성에 어떻게 영향을 줄 것인가? 당신이 유전성 질병을 앓고 있는 아이를 낳는다는 것을 알게 된다면 당신은 임신중절을 원할 것인가?