매우 적은 시료로도 DNA와 단백질의 결합 지점을 정확하게 찾아낼 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 김동혁 교수팀과 고려대 생명과학부 이은진 교수팀이 기존보다 5천분의 1 수준으로 세포를 더 적게 쓰고도 DNA에서 특수 단백질의 결합 지점을 고해상도로 분석할 수 있는 '미니 염색질 면역 침강법'(ChIP-mini)을 개발했다고 4일 밝혔다.

유전 정보가 저장된 DNA는 염기 분자가 길게 이어진 형태인데, 세포는 전사 인자라는 특수 단백질을 DNA의 특정 지점에 결합하는 방식으로 유전자의 발현을 조절한다.

연구팀이 개발한 기술을 이용하면 480만개의 세포를 이용해 염기 하나(약 0.34나노미터) 수준의 정밀도로 결합 지점을 분리할 수 있다. 이 덕분에 근접한 위치에 여러 개의 단백질이 결합해도 각각의 결합 지점을 정확하게 구분하는 것도 가능하다.

기존 최신 실험인 ChIP-exo 실험법으로는 비슷한 수준의 정밀도를 얻기 위해서는 약 100억∼1천억개의 세포가 필요했다. 연구팀은 숙주에 감염을 일으킨 극소량의 살모넬라균을 분리해 균 내부에서 일어나는 두 가지 특수 단백질(H-NS, RpoD)의 DNA 결합 위치와 강도 변화를 정량적으로 분석해 ChIP-mini의 성능을 입증했다. 

살모넬라균은 숙주인 대식세포 밖에서는 H-NS 단백질을 DNA에 강하게 결합해 병원성 유전자 발현을 억제하지만, 일단 숙주세포로 들어가는 데 성공하면 H-NS 단백질 결합 강도는 줄이고 RpoD 단백질을 결합해 병원성 유전자를 선택적으로 활성화한다. 이는 숙주세포 밖에서 불필요하게 병원성을 드러내 숙주의 면역 공격을 받지 않도록 조절하는 방식이다. 

기존 ChIP 실험법들로는 숙주세포 안에 있는 살모넬라균 수가 충분하지 않아 이 같은 분석이 힘들었다. ChIP-mini 기술의 개별 분석 단가는 기존의 12분의 1 수준인 2만원이라고 연구팀은 설명했다.

김동혁 교수는 "감염성 미생물의 유전자 발현 네트워크 규명과 바이오 부품 발굴 등 바이오파운드리(바이오산업을 위한 생산 인프라) 분야 원천 기술로서 가치 있는 연구"라고 말했다.

이같은 연구 결과는 지난 10일 발간된 국제 학술지 '핵산 연구'(Nucleic Acids Research)에 실렸다. 연구는 과학기술정보통신부의 바이오·의료기술개발과 한국연구재단의 기초연구실 지원사업을 통해 이뤄졌다.

◆ 참고 : Nucleic Acids Research (2025), ChIP-mini: a low-input ChIP-exo protocol for elucidating DNA-binding protein dynamics in intracellular pathogens https://academic.oup.com/nar/article/53/3/gkaf009/7983886