Analysis and Verification of Ancient DNA

고대 DNA의 분석과 검증

The analysis of ancient DNA (aDNA) has become increasingly considerable anthropological, archaeological, biological and public interest. Although this approach is complicated by the natural damage and exogenous contamination of a DNA, archaeologists and biologists have attempted to understand issues such as human evolutionary history, migration and social organization, funeral custom and disease, and even evolutionary phylogeny of extinct animals. Polymerase chain reaction(PCR) is powerful technique that analyzes DNA sequences from a little extract of an ancient specimen. However, deamination and fragmentation are common molecular damages of aDNA and cause enzymatic inhibition in PCR for DNA amplification. Besides, the deamination of a cytosine residue yielded an uracil residue in the ancient template, and results in the misincorporation of an adenine residue in PCR. This promotes a consistent substitution (cytosine thymine, guanine adenine) to original nucleotide sequences. Contamination with exogenous DNA is a major problem in aDNA analysis, and causes oversight as erroneous conclusion. This report represents serious problems that DNA modification and contamination are the main issues in result validation of aDNA analysis. Now, we introduce several criterions suggested to authenticate reliance of aDNA analysis by many researchers in this field.

고대 DNA분석은 인류학, 고고학, 생물학자뿐만 아니라 대중의 관심사가 될 정도로 점차 중요성이 강조되고 있다. 고고학자와 생물학자는 인류의 기원과 집단의 이주, 민족의 형성 그리고 고대인의 질병과 매장문화를 규명하는데 있어 고대 DNA분석을 접목하고 있으며, 이미 멸종된 동물의 계통진화학적인 연구에도 이를 활용하고 있다. 고대 DNA분석의 새로운 전기가 마련된 계기는 고대 시료에서 추출되는 미량의 DNA 증폭을 가능하게 한 종합효소연쇄반응(Polymerase chain reaction, PGR)법이 개발되면서였다. 그러나 고대 DNA는 탈아미노화나 절편화 등의 분자 손상 정도가 심한데 이것은 PCR에서 중합효소의 정확한 DNA 증폭을 방해하는 요인으로 작용한다. 시토신이 탈아미노화되어 우라실을 형성하는 것은 DNA의 염기치환오류를 일으킬 수 있으며, 이런 현상은 증폭 과정에서 고유의 염기서열에 대한 고정치환($C{\rightarrow}T$, $G{\rightarrow}A$)을 유도하게 된다. 또한 대부분의 고대시료는 외부 오염물에 노출되어 있는데, 특히 외부 DNA의 오염은 고대 DNA의 염기서열을 결정함에 있어서 부정확한 결과를 도출시키는 심각한 문제를 초래하곤 한다. 이와 같이 고대 시료는 오랜 기간 동안 자연 분해과정과 다양한 오염물질에 노출되어 있어 그 훼손 정도가 심한 것이 일반적이다. 고대 DNA 연구에 있어서 많은 생화학적 손상과 외부 DNA의 오염을 극복하기 위해서는 보통의 분자생물학적인 방법과 기준보다 더욱더 엄격한 검증 절차에 의하여 연구가 진행되어야 하며, 연구 결과의 신뢰성을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 본 글에서는 고대 DNA의 손상과 오염물질에 의한 부정확한 염기서열결정과 오류를 보정하고 예방할 수 있는 연구 기준과 실험적 절차를 설명하고자 한다.