증폭 및 복제로 인해 생성된 DNA/RNA 조각 - 앰플리콘: Amplicon

앰플리콘

앰플리콘은 증폭(amplification) 또는 복제(replication)로 인해 생성된 DNA 또는 RNA 조각입니다. 이것은 중합 효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR) 또는 연결효소 연쇄 반응(ligase chain reaction, LCR)을 통해 인공적으로 생성되거나 유전자 복제를 통해 자연적으로 생성될 수 있습니다. 이와 관련하여 증폭은 유전자 단편 또는 표적 서열, 구체적으로 앰플리콘에 대해 하나 이상의 카피가 생성되는 것을 지칭합니다. 증폭 반응의 산물을 언급할 때, 앰플리콘은 "PCR 생성물"과 같은 일반적인 용어와 상호교환적으로 사용됩니다.

​인공 증폭은 감염 요인의 감지와 정량화를 포함하는 연구, 법의학, 의학, 유해 검정, 모발에서 유전자형 추출 등의 목적으로 사용됩니다.

​자연적 유전자 복제는 진화에서 중요한 역할을 합니다. 이것은 또한 일차 종격동 B 세포 림프종(primary mediastinal B cell lymphoma)과 호지킨 림프종(Hodgkin's lymphoma)을 비롯한 여러 형태의 인간 암에 연루되어 있습니다. 이와 관련하여 용어 앰플리콘은 각각 하나 이상의 유전자로 구성된 유전체의 특정 부분에서 절제, 증폭되고 재삽입된 염색체 DNA 부분 및 미소쌍(double minute)이라고 알려진 외염색체 DNA 조각 둘 다 지칭할 수 있습니다. 이런 앰플리콘에 의해 코딩이 일어나는 유전자들의 증폭은 일반적으로 이 유전자들의 전사를 증가시키고 궁극적으로 관련된 단백질들의 양을 증가시킵니다.

​구조

일반적인 앰플리콘은 직접 반복 (heat-to-tail) 또는 역반복 (heat-to head 또는 tail-to-tail) 유전적 서열이며, 선형 또는 원형 구조일 수 있습니다. 원형 앰플리콘은 원형으로 서냉복원(annealing)된 불완전한 역 복제 서열로 구성되어 있으며, 선형 앰플리콘 전구체에서 발생하는 것으로 생각됩니다.

​인공 증폭 동안 앰플리콘 길이는 실험 목표에 의해 결정됩니다.

​기술

앰플리콘 분석은 PCR과 같은 증폭 기법의 개발과 DNA 시퀀싱 또는 차세대 시퀀싱(Next-generation sequencing, NGS)과 같이 더 저렴하고 더 높은 처리량 기술에 의해 점차 가능해졌습니다. NGS와 같은 DNA 시퀀싱 기술은 암을 포함한 유전학 연구, 계통학 연구, 유전체학 연구에서 앰플리콘을 연구할 수 있게 해주었습니다. 예를 들어 모든 세균과 고세균에 높은 수준으로 보존된 16S rRNA 유전자를 사용하여 알려진 서열과 앰플리콘 서열을 비교함으로써 세균을 분류학적으로 분류할 수 있습니다. 이것은 곰팡이에서도 18S rRNA를 사용하여 유사하게 적용할 수 있습니다.

​앰플리콘을 증폭시키기 위해 사용되는 방법과 관계없이, 증폭된 생성물들을 정량화하기 위해서는 일부 기술이 사용되어야 합니다. 일반적으로 이런 기술들은 포획 단계와 감지 단계를 포함하지만, 이러한 단계가 어떻게 혼합되는지는 개별 분석에 따라 달라집니다.

​앰플리콘을 사용한 기술의 예로는 1) 혈장(plasma)에서 HIV를 인지할 수 있는 능력을 가진 Amplicor HIV-1 Monitor Assay, 2) HIV RNA의 조작을 증폭시켜 혈장의 바이러스 양을 측정할 수 있는 HIV-1 QT (NASBA), 3) hybridization protection assay를 동원하여 클라미디아 트라코마(Chlamydia trachomatis)를 구별할 수 있는 Transcription Mediated Amplification 방법 등이 있습니다. 증폭 산물 또는 앰플리콘을 평가하기 위한 방법으로 각각의 방법에 다양한 감지 및 포획 단계가 포함됩니다. 앰플리콘 시퀀싱을 이용하면 샘플의 증폭으로 인해 나온 많은 수의 다른 앰플리콘들이 연결되고 시퀀싱 됩니다.

​적용 방법

PCR은 인간의 DNA 샘플로 성별을 결정하는데 사용될 수 있습니다. Alu 인자가 삽입된 유전자좌가 선택, 증폭되고 단편의 크기로 평가됩니다. 성별 분석은 X 염색체의 AluSTXa, Y 염색체의 AluSTYa, 또는 둘 다 사용하여 오류의 가능성을 무시할 만한 수준으로 줄입니다. Alu가 삽입된 염색체는 상동 영역이 증폭될 때 큰 단편을 생성합니다. 남성은 두 개의 DNA 앰플리콘의 존재로 구별됩니다. 반면 여성은 하나의 앰플리콘만 가지고 있습니다. 이 방법을 수행하기 위해 필요한 키트는 유전자좌를 증폭시키기 위한 프라이머 쌍(pair of primer)과 PCR 시약입니다.

​LCR은 결핵(tuberculosis) 진단에 사용될 수 있습니다. 단백질 항원 B를 포함하는 서열이 4개의 올리고뉴클레오티드 프라이머의 표적이 됩니다. 프라이머는 각각의 바로 옆에 결합하여 분리되는 이중 가닥 DNA 조각을 형성하고, 이것은 향후 복제의 표적이 됩니다. 이 경우 앰플리콘 생성물은 미세입자 효소 면역 분석(microparticle enzyme immunoassay, MEIA)을 통해 감지됩니다.