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매사추세츠 공과대학교(MIT) 연구팀이 특정 DNA 서열에 직면했을 때 특성이 바뀌는 겔을 개발함.

해당 연구진은 CRISPR 기술을 사용하여 전자 회로 및 미세 유체 장치를 제어하고 약물, 단백질 또는 살아있는 세포를 젤에서 방출하는 시스템을 구현함. CRISPR은 Cas 효소라고하는 DNA 절단 단백질을 기반으로 짧은 RNA 가이드에 결합하여 게놈의 특정 영역을 표시하는 기술로, Cas는 그 위치에서 DNA를 절단하여 유전자를 삭제하거나 새로운 유전자 서열이 도입시킬 수 있음. 이중 가닥 DNA의 특정 서열에 결합하도록 프로그래밍된 Cas12a라는 효소가 트리거인 표적 DNA 서열을 만나면 이중 가닥 DNA를 절단하여 발생하는 단일 가닥 DNA를 슬라이스 할 수 있는 효소로 변형됨. 이처럼 DNA를 물질에 통합함으로서 효소를 사용하여 특정 생물학적 신호에 대한 반응으로 물질의 특성을 제어 할 수 있음. 이러한 유형의 겔은 약물 또는 성장 인자와 같은 치료 화합물을 방출하는 데 유용할 것으로 여겨짐. 또한 연구원들은 전자 회로를 기반으로 한 마이크로 유체 칩을 기반으로 한 두 개의 CRISPR 제어 진단 장치를 제작함. 전자 회로를 만들기 위해 연구원들은 단일 가닥 DNA와 전기를 전도하는 카본 블랙을 포함하는 젤을 설계함. 전극의 표면에 부착 될 때,이 전도성 겔은 전류가 흐르나, 혈액 샘플에서 바이러스 DNA 가닥과 같은 트리거 시퀀스에 의해 Cas12a가 활성화되면 젤이 전극에서 분리되고 전류가 흐르지 않게됨. 이로서 미세 유체 채널을 통한 용액의 흐름을 제어하는 ​​밸브 역할을 하는 DNA 함유 젤이 제작될 수 있음. 용액에 표적 DNA 서열의 혈액 샘플이 포함되어 있으면 젤이 분해되어 밸브가 꺼지고 용액이 흐르지 않으며, 이 미세 유체 센서는 RFID 칩에 연결되어 테스트 결과를 무선으로 전송하게 됨.

연구자들은 해당 시스템을 테스트하기 위해 에볼라 바이러스 RNA가 포함 된 유체 샘플을 사용했지만, 환자의 혈류에서 순환하는 암 세포뿐만 아니라 다른 전염병도 탐지 할 수 있을 것이며, 질병에 대한 진단 장치를 만들거나 과민성 장 질환과 같은 질병에 대한 치료를 제공하는 데 사용될 수 있을 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Science’ 지에 게재됨