[생명공학 실험]Genomic DNA 추출의 원리와 단계 쉽게 알아보기

안녕하세요. 끄적이는 생명시간입니다:)

오늘은 Genomic DNA가 추출되는 원리와 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

*끄적이는 생명시간은 PC버전으로 작성되었습니다*

 

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목차

DNA 추출이란?

DNA 추출 과정 및 원리

 

다음 포스팅: DNA 분석 (농도, 수율, 순도 분석)

 

DNA 추출이란?

DNA 추출이란, 말 그대로 DNA를 뽑아내는 실험입니다. 생명 공학 실험의 거의 모든 과정은 DNA에서부터 시작되죠! 따라서, 우리는 세포에서 DNA를 적절한 방법으로 순도 높게 추출하는 것이 중요합니다. 그렇다면, DNA추출은 어떤 과정을 통해 이루어질까요?

 

 

DNA 추출 과정 및 원리

DNA 추출은 총 5가지의 단계를 거쳐 이루어집니다.

 

1) 세포 파괴

2) DNA를 제외한 세포 내 불순물을 거르는 과정

3) DNA를 정제할 수 있는 matrix에 결합시키는 과정

4) matrix에서 불순물 제거

5) DNA 용출

 

사실, DNA 추출은 시판되고 있는 kit를 사용하여 진행을 하는 경우가 많이 때문에 프로토콜이 제공됩니다. 따라서 무리 없이 실험을 수행할 수 있습니다.

 

다만, 실험을 하시는 분이라면, 각 단계에서 사용하는 용액이 어떠한 원리로 작용하는지, 왜 해당 용액을 사용해야하는지 파악하는 것이 중요하다고 생각합니다.

 

DNA 추출 단계

[STEP 1] 세포 파괴 (Creation of Cell Lysate)

세포를 파괴하는 방법에는 물리적 방법, 화학적 방법, 효소학적 방법, 이렇게 세 가지로 분류되어 사용됩니다.

 

1. 물리적 방법

힘을 가하여 세포를 파괴하는 방법으로, 세포나 조직을 얼린 후, 빻거나 분쇄하여 세포를 파괴합니다. 또는 금속이나 세라민 bead나 sonication을 이용하는 방법도 있습니다.

 

2. 화학적 방법

세포벽/막을 파괴할 수 있는 화학물질을 이용하여 세포를 파괴하는 방법입니다. 일반적으로는 SDS와 같은 detergent나 *chaotropes를 사용합니다.

(*Chaotropes: 거대 분자의 소수성 결합을 약화시켜 안정성에 영향을 주는 물질로 guanidine, alkaline solution 등이 있음)

 

3. 효소학적 방법

효소들을 이용한 방법으로, 주로 lysozyme, zymolase, proteinase K, lipase 등이 있습니다. 이 방법은 속도가 빠르지만 비용이 크다는 단점이 있습니다.

 

 

[STEP 2] 용해물의 불순물제거 (Clearin of Lysate)

세포 파괴에 의해 세포 내 물질이 용해되어 나오면 DNA와 같은 핵산 외에도 우리가 필요로 하지 않는 단백질, 지질, 당류 등이 용해물에 존재하게 됩니다. 따라서 이러한 불순물들을 제거하는 과정이 필요합니다.

 

- 원심분리 (Centrifugation)

물질의 질량에 따라 다른 원심력을 기반으로 불순물을 제거시키는 방법

 

- 여과 (Filtering)

필터를 사용하고 크기에 따라 불순물을 제거하는 방법

 

- Beads 이용

일부 판매되는 Kit에서 사용하는 방법

 

 

[STEP 3] DNA 정제 (by matrix) (Binding to the purification matrix)

1. Solution-based Chemistry

알코올을 이용한 침전법으로, 이 방법은 binding matrix를 사용하지는 않지만 일반적으로 사용되는 방법입니다. 고농도의 염 조건에서 단백질과 불순물을 침전시키고, 원심분리로 제거한 후, 상층액에 isopropanol을 처리하여 DNA를 침전시키는 방법입니다.

 

2. Silica/Cellulose-Binding Chemistry

고농도의 염 조건에서 DNA를 silica/cellulose matrix에 결합시켜 DNA를 정제하는 방법입니다.

 

3. Ion-exchange Chemistry

물질의 이온화적 특성을 이용하여 DNA의 음전하성 인산과 결합할 수 있는 양전하성 물질을 이용하여, 저농도의 염조건에서 DNA를 결합시켜 분리하는 방법입니다.

 

[STEP 4] 세척 (Washing)

위 단계에서 사용한 Matrix 또는 화학물질에 DNA를 결합시킨 상태로 세척하는 단계입니다. 불특정하게 단백질이나 염, 오염 물질 등이 함께 붙어 있을 수 있기 때문에, 이를 제거하는 과정이 필요합니다. 일반적으로 이 과정에서는 에탄올과 같은 알코올성 물질을 사용하여 진행합니다.

 

[STEP 5] 용출 (Elution)

세척 이후, Matrix 또는 화학물질에 결합된 DNA를 분리하여 추출하는 단계입니다. DNA가 녹을 수 있는 TE buffer 또는 nuclease-free water를 사용하여 용출합니다.

 

TE buffer는 10mM Tris-HCl, 0.1 mM EDTA (pH 8.0)으로 구성된 완충액입니다. EDTA는 nuclease의 활성을 억제하는 데 도움을 주기 때문에 TE buffer를 주로 사용합니다. 하지만 추출된 DNA를 이용하는 이후의 실험에서 EDTA의 영향이 발생할 가능성이 있다면 EDTA가 포함되지 않은 완충 용액에 보관하는 것도 방법입니다.