본 논문에서는 probe DNA의 고정화 및 Probe DNA와 target DNA의 혼성화 반응을 감지할 수 있는 DNA 측정용 고주파 SAW 센서의 주파수 증대에 따른 감도향상에 대해 연구하였다. 센서는 $36^{\circ}$ YX $LiTaO_3$ 압전 단결정 기판위에 Au 박막이 증착된 측정채널 (sensing channel)과 기준채널 (reference channel)로 구성되며 200MHz에서 발진되는 이중 지연선 형태로 제작되었다. 또한 SAW 센서의 감지 미케니즘의 최적화를 위해 SAW 센서의 Au 지연선상의 Probe DNA의 최적 고정화 반응농도와 target DNA의 최적 혼성화 반응농도를 결정하였으며, 디지털 시린지 펌프시스템을 구성하여 실험자에 따른 오차를 최소화하였다. 측정채널의 Au 박막 지연선상에 probe DNA를 고정화시킨 후 target DNA를 주입하면, DNA의 혼성화 반응이 일어나며 Au 지연선상의 질량이 변하게 된다. 따라서 질량하중 효과에 대한 센서의 주파수 변화를 측정하였다. 개발된 센서는 최대 0.066ng/ml/Hz의 민감도를 가지며 질량하중 효과에 대한 안정적인 주파수 변화를 나타내었다.
전계효과 트랜지스터(FETs)를 이용한 전하 검출형 DNA센서는 DNA가 가지고 있는 음전하를 중성화 시키는 양이온의 영향은 매우 중요하다. 본 논문에서는 양이온 농도에 의존하는 Debye length에 관한 연구를 통해 DNA 검출감도를 평가하였다. Debye length는 낮은 농도의 NaCl 용액에서 긴 거리를 유지하며, Debye length가 높은 용액에서 DNA가 가지고 있은 음전하는 게이트 채널에 보다 많은 영향을 미친다. 용액내 NaCl농도가 1 mM인 버퍼 용액에서 상보적 DNA의 hybridization에 의한 전계효과 트랜지스터의 게이전압은 21 mV 시프트 했으며, NaCl 농도가 10 mM인 버퍼 용액에서는 7.2 mV, NaCl농도가 100 mM인 버퍼 용액에서는 전계효과 트랜지스터의 게이트 전압이 5.1 mV 각각 시프트 하였다. 이러한 결과를 바탕으로 전계효과 트랜지스터를 이용한 전하 검출형 DNA센서의 검출 감도는 Debye length에 의존하는 것을 규명하였다.
비방사능물질인 Biotin을 DNA probe에 표지하여 nonisotopic hybridization 방법을 사용하여 감도를 높임으로써, 손쉽게 생물공학 의약품의 품질관리에 사용되도록 하였다. Bethesda Research Laboratories(BRL) 회사 제품인 biotinylated probes-avidin alkaline phosphatase를 이용한 chemiluminescene detection방법으로 행하여 λ phage DNA, yeast DNA, E.coil DNA의 한계 검출 농도를 알아내고, 생물 공학 제품에 적용하였다. Dot blot hybridization 방법으로 행하여 λ phage DNA는 0.1pg, Yeast DHA는 4.5pg, E. coli DNA는 8.9pg까지 검출되었고, 기존 생물공학 제품에서는 숙주 유래 DNA가 전혀 검출되지 않았다.
To make the genomic DNA probe of Theileria sergenti, the merozoites were purified from bovine erythrocytes. The infected erythrocytes were lysed by Aeromonas hydrophila(Ah-1) hemolysin, and the parasites were isolated by ultracentrifugation on a Percoll discontinuous density gradient. For construction of a T sergenti genomic DNA library, T sergenti DNA was digested with Pstl and the fragments were ligated into the PstI site of pUC19 before transformation of Escherichia coli JM83. Out of thousands of transformants obtained by transformation of E coli JM83 with the genomic library, three plasmids were chosen. The sizes of the inserted DNAs were 2.9kb(2.4kb and 0.5kb) in pKTS1, 4.3kb in pKTS2 and 1.5kb in pKTS3, respectively. The DNA fragments used as probe KTS1(2.4kb), KTS2(4.3kb) and KTS3(1.5kb) were labeled digoxigenin-11-dUTP for the Southern hybridization. In Southern hybridization, all of the probes(KTS1, KTS2 and KTS3) reacted specifically to T sergenti DNA, but not to bovine leucocyte DNA. In order to find out the sensitivities of the digoxigenin-11-dUTP-labeled KTS1 and KTS3 as the probes, purified merozoite DNA and bovine DNA (control) were checked by dot blot hybridization with the probes. Both of the probes, KTS1 and KTS3, detected as minimum amount of 975pg of the T sergenti DNA, but not bovine DNA even to 500ng.
식중독은 세균에 의한 발병이 대부분이다. 따라서 식품에서 식중독 원인균을 신속하게 탐색하게 식중독으로부터의 되면 피해를 줄일 수 있을 것이다. 고전적인 식중독 원인균 탐색은 증균, 선택적 배지를 이용한 isolation, 생화학적 특징을 활용하는 분석이 있으나 많은 시간이 소요되는 단점을 갖고 있었다. 본 연구는 16S rRNA gene(16S rDNA)로부터 얻은 DNA 염기 서열을 이용 식중독 원인균의 특이적 oligonucleotide probe을 제작 reverse dot blot hybridization과 PCR 방법을 이용하여 고전적인 방법보다 빠른 시간 내에 식품에서 원인균을 탐색 할 수 있었다. 우유를 인공적으로 본 연구에서 사용한 균주로 오염시킨 후 DNA를 추출하여 PCR 증폭산물과 oligonucleotide probe를 hybridization 시킨 결과 oligonucleotide probe를 hybridization 시킨 결과 oligonucleotide probe가 위치한 곳에서 발색 반응이 나타났다. 본 연구에서 본 연구를 통해 DNA microchip으로 활용 짧은 시간 내에 많은 종류의 식중독 원인균을 탐색 할 수 있는 가능성을 확인하였다.
High throughput analysis using a DNA chip microarray is powerful tool in the post genome era. Less labor-intensive and lower cost-performance is required. Thus, this paper aims to develop the multi-channel type label-free DNA chip and detect SNP (Single nucleotide polymorphisms). At first, we fabricated a high integrated type DNA chip array by lithography technology. Various probe DNAs were immobilized on the microelectrode array. We succeeded to discriminate of DNA hybridization between target DNA and mismatched DNA on microarray after immobilization of a various probe DNA and hybridization of label-free target DNA on the electrodes simultaneously. This method is based on redox of an electrochemical ligand.
담배(Nicotiana tobacum L. cv. Wisconsine 38) 잎 절편을 해녀콩(Canavalia lineata)의 leghemoglobin(Lb) cDNA를 포함하는 Agrobacterium과 함께 배양한 후, 0.5mg/L BAP, 0.1mg/L ${\alpha}-NAA$와 200mg/L kanamycin, 500 mg/L carbenicillin을 포함하는 MS 배지에서 선별하여 7개의 재분화 개체를 얻었다. 이로부터 분리한 게놈 DNA에 대한 Southern 혼성화 반응과 PCR 결과로 Lb cDNA가 담배의 게놈에 삽입되었음을 확인하였다. 형질전환된 담배로부터 분리한 RNA에 대한 northern 혼성환 실험 결과 약 1,000 nt의 RNA가 혼성화 반응을 보였으며, 총 RNA를 주형으로 합성한 1차 가닥의 cDNA를 PCR로 증폭한 결과, Lb cDNA와 혼성화 반응을 보이는 0.5 kb의 DNA가 증폭되었다. 콩의 Lb에 대한 다군항체(polyclonal antibody)를 사용하여 단백질 면역 항체 반응을 실시한 결과, Lb로 판단되는 약 15.8 kD의 위치에서 혼성화 반응이 나타났다. 이상의 결과로 해녀콩 Lb cDNA가 형질전환된 담배의 게놈에 삽입되었을 뿐만 아니라 mRNA로 전사되어 Lb 단백질로 해독되었음을 알 수 있었다.
DNA/DNA의 연쇄 결합 반응에 대한 시뮬레이션을 열역학적 데이터를 이용하여 구현하였다. 1-Base의 non Watson-Crick 결합과, dangling end(결합이 이루어진 두개의 DNA strand 중 한쪽 끝이 다른 쪽 끝보다 길거나 짧은 경우)를 허용하는 nearest-neighbor model을 사용하여 구현된 이 모델에서는 한번의 hybridization만을 예측하는 것이 아니라 연속적인 결합 반응의 시뮬레이션이 가능하다. 이를 통해서 분자 알고리즘의 설계와 검증이 가능할 뿐만 아니라, cross-homology의 검사를 통한 시퀀스의 검증까지도 가능하다. 이러한 in silico 에서의 접근 방식은 효율적인 분자 알고리즘의 개발과 신뢰성 있는 시퀀스의 설계에 도움이 될 수 있다.
유전자의 기능을 분석하는 과정에서 특정한 염기 서열의 존재여부를 확인하는 분석법은 필수적이다. 현재 사용되고 있는 Southern및 Northern blotting방법은 시간이 오래 걸리며, 온도 등과 같은 외부 조건을 엄격하게 조절하여야 한다. 본 연구에서는 측방유동방식을 이용한 크로마토그라피법을 응용하여 새로운 간편용 DNA분석법을 개발하였다. 이 측방유동형 DNA 분석 스트립은 시료가 적용되는 샘플패드, 이동하여 분리되고 교잡반응이 일어나는 전개용 막, 그리고 시료가 계속하여 이동하기 위한 흡수패드로 구성되어 있다. 모델 시스템으로 HIV와 HCV에 대한 포획 및 표적 DNA를 합성하고 스트립을 제조하였다. 시료를 샘플패드에 적하한 후 교잡반응체의 생성여부와 상대적인 양은 GSI형광 스캐너로 분석하였다. 교잡반응이 매우 빠르게 진행되고 세척과정이 없음에도 불구하고 비특이적인 교차 반응이 거의 관찰되지 않았다. 기존의 DNA 교잡방법과 비교하여 볼 때 이 새로운 방법으로 DNA/DNA 교잡 실험을 보다 더 쉽고, 간편하고, 그리고 빠르게 할 수가 있을 것으로 예상된다.
Anopheles quadrimaculatus( Say) 자매종 간의 미토콘드리아 DNA의 제한효소 절단부위변이를 Aedes albopictus의 마토콘드리아 cDNA를 probe로 이용하여 조사하였다. DNA hybridization에 의해 두 속간에는 mtDNA 영기서열의 상당한 상동성이 있음을 알 수 있었다. 개체 모기로부터 분리한 DNA를 제한효소를 사용하여 절단한 결과 자매종간에 다른 양상을 볼 수 있었으며 Hind III에 의한 mtDNA 절편만으로도 자매종들을 동정할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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