KR100661482B1 - Dna 정제를 위한 수집홈을 갖는 전기영동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기영동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증폭된 DNA를 전기영동으로 확인함과 동시에 즉시 수집함으로써 복잡한 과정을 거치지 않고 손쉽게 정제된 DNA를 얻을 수 있는 전기영동장치에 관한 것이다.

본 발명은 버퍼용액이 채워지는 탱크; 상기 탱크 내부에 놓이며 시료가 주입되는 주입홈과 상기 주입홈으로부터 이동한 시료들을 수집되는 수집홈을 갖는 겔; 상기 겔에 상기 주입홈 및 수집홈을 형성하기 위한 홈 형성기; 및 상기 탱크에 전원을 공급하는 전원공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동장치를 개시한다.

전기영동장치, 겔, TE버퍼, 수집홈, 주입홈, DNA

Description

DNA 정제를 위한 수집홈을 갖는 전기영동장치{Electrophorsis Device Having Collecting Well for DNA Purification}

도 1은 종래의 전기영동장치의 구성을 보여주는 도면,

도 2는 종래의 전기영동장치에서 사용되는 겔(gel)과 홈 형성기의 외형을 보여주는 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동장치의 구성을 보여주는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 전기영동장치의 홈 형성기의 구성을 보여주는 도면,

도 5는 도 4의 홈 형성기의 측면도,

도 6은 도 4의 홈 형성기에 의해 주입홈과 수집홈이 형성된 겔의 측단면도,

도 7은 도 4의 홈 형성기에 의해 주입홈과 수집홈이 형성된 겔의 평면도,

도 8은 홈 형성기를 이용하여 겔에 홈들을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면,

도 9는 겔의 주입홈에 주입된 DNA가 수집홈으로 이동하는 것을 보여주는 도면,

도 10a는 종래의 방법으로 얻어진 DNA의 염기서열을 분석한 결과를 보여주는 도면,

도 10b는 본 발명에 따른 전기영동장치로부터 얻어진 DNA의 염기서열을 분석 한 결과를 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 100 : 전기영동장치 11, 110 : 탱크

12, 120 : 전원공급장치 13, 130 : 겔

14, 140 : 겔 케이스 15, 150 : 홈 형성기

본 발명은 전기영동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증폭된 DNA를 전기영동으로 확인함과 동시에 즉시 수집함으로써 복잡한 과정을 거치지 않고 손쉽게 정제된 DNA를 얻을 수 있는 전기영동장치에 관한 것이다.

게놈 DNA의 증폭 및 활용이나 플라스미드 DNA(Plasmid DNA)의 증폭 및 활용은 분자 생물학적 연구의 가장 기초적인 단계이다.

유전자의 증폭 방법에는 ⅰ) 유전자 증폭용 중합효소 및 그 외의 반응물에 게놈 유전자와 증폭하고자 하는 부위의 프라이머(primer)를 혼합하고 기계적으로 25-30회의 온도 순환을 거쳐 원하는 부위의 유전자를 증폭하는 PCR(Polymerase Chain Reaction; 중합효소연쇄반응) 방법에 의한 증폭과, ⅱ) 목적에 맞는 특수 유전자로 구성된 vector를 인체에 무해하게 변형된 세균(competent cell; modified E. coli)에 삽입 후 세균을 증식시켜 필요한 DNA가 동시에 증폭되도록 하는 방법이 있으며 이 방법으로 증폭된 DNA를 플라스미드 DNA라고 한다.

PCR 방법에 의한 증폭 DNA는 유전자의 염기서열 분석에 관련된 연구, 염기서열 다형성이나 변이에 관한 연구, 유전자의 발현에 관한 연구, 유전자 조작 및 클로닝에 관한 연구, 유전자 주입에 의한 세포의 형질 전환에 관한 연구 등 분자생물학의 많은 분야에서 기본적인 방법으로 이용된다.

게놈 DNA의 증폭산물을 활용하기 위해서는 먼저 정제과정을 거쳐야 하는데, 종래에는 전기영동장치를 이용하여 DNA를 확인하고, 다시 이를 정제하는 과정을 거쳐 얻어진 DNA를 유전자연구에 이용한다.

PCR방법에 의해 증폭된 DNA를 확인하고 정제하는 종래의 기술에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 전기영동장치의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 종래의 전기영동장치에서 사용되는 겔(gel)과 홈 형성기의 외형을 보여주는 도면이다.

도면들을 참조하면, 종래에는 전기영동장치를 이용하여 증폭된 DNA를 확인하기 위해서 통상적으로 티에이이(TAE) 버퍼(Tris acetate buffer) 또는 티비이(TBE) 버퍼(Tris borate buffer)를 이용하여 아가로스 겔(agarose gel, 13)을 만든 후 TAE 버퍼 또는 TBE 버퍼가 채워진 탱크(11)에 전원공급장치(12)를 이용하여 전극에 전원을 인가한 후 전기장에 의해 한 쪽 방향으로 이동된 DNA를 육안으로 확인하는 방법을 이용한다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래의 전기영동장치(10)에서는 홈 형성기(15)를 이용하여 겔(13)에 주입홈들(13a)을 만들고, 상기 주입홈(13a)에 증폭된 DNA시료들을 주입한 후 전극에 전원을 인가하여 DNA가 상기 겔(13)의 입자사이를 통과하여 이동한다.

그리고, 상기 전기영동장치에서 확인된 증폭 DNA를 정제하기 위해서는 상기 전기영동장치에서 사용된 아가로스 겔에서 소정 거리만큼 이동한 증폭 DNA를 포함하고 있는 영역을 잘라내야 한다.

잘라낸 겔 조각을 다양한 반응물과 실리카(silica) 또는 이온 교환체를 이용한 스핀 컬럼(spin column)을 사용하여 정제한다. 그런데, 이러한 정제방법을 사용할 경우에는 세 번 내지 네 번의 추가적인 정제과정을 거쳐야 하며, 각 과정 사이에 원심분리 과정이 포함되므로 전체적으로는 다섯 번 또는 일곱 번의 정제과정을 거치게 된다.

또는 PCR 방법으로 증폭된 DNA 중 소량을 전기영동하여 증폭되었음을 확인한 후에 나머지 증폭 DNA를 정제하는 방법이 일반적인데 이 방법 역시 잘라낸 겔 조각에서 정제하는 과정과 거의 대부분 그 과정이 동일하다.

따라서 여러 개의 시료를 정제하고자 하는 경우 작업량이 많고 결과적으로 많은 시간이 소요된다.

즉, 증폭 DNA의 확인한 후 유전자 분석에 활용할 수 있도록 정제하기 위해서는 전술한 바와 같이 스핀 컬럼을 이용하여 정제하고 그 사이사이에 원심분리를 하 는 등 여러 단계를 거쳐야만 되기 때문에 매우 번거로울 뿐만 아니라 각 시료마다 각각 별도의 소모성 컬럼(column)이 포함된 키트(kit)를 사용해야하므로 많은 시료를 정제할 경우에는 경제적 및 시간적 소모가 많게 된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 전기영동장치에서 전기장에 의해 이동되는 DNA를 수집홈에 수집하여 직접 얻을 수 있어, 별도의 복잡한 정제과정을 거칠 필요 없이 DNA를 손쉽게 얻을 수 있도록 하는 DNA정제를 위한 수집홈을 갖는 전기영동장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 전기영동장치에 있어서, 버퍼용액이 채워지는 탱크; 상기 탱크 내부에 놓이며 시료가 주입되는 주입홈과 상기 주입홈으로부터 이동한 시료들을 수집되는 수집홈을 갖는 겔; 상기 겔에 상기 주입홈 및 수집홈을 형성하기 위한 홈 형성기; 및 상기 탱크에 전원을 공급하는 전원공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 홈 형성기는: 시료가 주입되는 주입홈을 형성하기 위한 주입홈 형성부; 및 상기 주입홈으로부터 이동해온 시료가 수집되는 수집홈을 형성하기 위한 수집홈 형성부;를 포함하고, 상기 주입홈 형성부와 상기 수집홈 형성부 사이의 거리가 가변한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 탱크에 채워지는 버퍼용액, 겔을 만들기 위해 사용되는 버퍼용액 및 상기 주입홈과 수집홈을 채우는 버퍼용액은 TE버퍼 용액이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 겔에 형성되는 상기 수집홈의 깊이는 상기 주입홈의 깊이보다 깊고, 상기 수집홈의 면적은 상기 주입홈의 면적보다 넓다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수집홈은 네 개의 모서리들 중 어느 하나의 모서리가 다른 세 개의 모서리 깊이보다 조금 더 깊다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 조금 더 깊은 모서리는 상기 네 개의 모서리들 중 상기 주입홈으로부터 멀리 있는 모서리이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기영동장치(100)는 탱크(110), 전원공급장치(120), 겔(130), 겔 케이스(140) 및 홈 형성기(150)를 포함하여 구성된다.

상기 탱크(110)에는 DNA 시료를 전기영동할 수 있는 겔(130)이 놓여지고, 상기 겔(130)이 완전히 잠기지 않을 정도의 충분한 버퍼용액이 채워진다.

상기 겔(130)은 버퍼용액을 혼합하여 만들어지며, 주입홈과 수집홈을 갖는다. 상기 주입홈에는 DNA 시료가 주입되고, 상기 수집홈은 상기 주입홈으로부터 이동한 DNA가 수집되도록 하기 위한 것이다.

상기 겔(130)은 상기 탱크(110) 내부에 담겨질 때 상기 겔 케이스(140)에 놓인 상태로 담겨진다. 상기 탱크(110)에는 상기 겔(130)의 상부 표면이 상기 버퍼용액에 의해 완전히 잠기기 않을 정도로 충분하게 상기 버퍼용액이 채워진다.

상기 전원공급장치(120)는 상기 겔(130)이 상기 탱크(110)에 전원을 공급하여 전기장이 생성되도록 하기 위한 것이다.

상기 홈 형성기(150)는 상기 겔(130)에 상기 주입홈 및 수집홈을 만들기 위한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 전기영동장치의 홈 형성기의 구성을 보여주는 도면이고, 도 5는 도 4의 홈 형성기의 측면도이고, 도 6은 도 4의 홈 형성기에 의해 주입홈과 수집홈이 형성된 겔의 측단면도이며, 도 7은 도 4의 홈 형성기에 의해 주입홈과 수집홈이 형성된 겔의 평면도이다.

도면들을 참조하면, 상기 홈 형성기(150)는 주입홈 형성부(151)와 수집홈 형성부(152)로 구성된다. 상기 주입홈 형성부(151)는 시료가 주입되는 주입홈(130a)을 형성하기 위한 것이고, 상기 수집홈 형성부(152)는 상기 주입홈(130a)으로부터 이동해온 시료가 수집되는 수집홈(130b)을 형성하기 위한 것이다.

상기 주입홈 형성부(151)는 일면에 복수 개의 돌출부들(151a)을 갖고, 상기 수집홈 형성부(152)는 일면에 복수 개의 돌출부들(152a)을 갖는 판이 직사각형의 지지판(152b)에 부착된 형태이다.

상기 주입홈 형성부(151)에는 긴 홈(151b)이 형성되어 있어, 상기 긴 홈(151b)에 상기 수집홈 형성부(152)의 지지판이 끼워질 수 있도록 만들어진다.

상기 주입홈 형성부(151)는 상기 긴 홈(151b)을 통해 상기 지지판에 끼워진 상태로 소정 방향으로 이동함으로써 상기 주입홈 형성부(151)의 돌출부들(151a)과 수집홈 형성부(152)의 돌출부들(152a) 사이의 거리가 가변될 수 있도록 한다.

상기 홈 형성기(150)에 의해 상기 겔(130)에는 주입홈(130a)과 수집홈(130b)이 만들어지는데, 상기 겔(130)에 형성되는 상기 수집홈(130b)의 깊이는 상기 주입홈(130a)의 깊이보다 조금 더 깊고, 상기 수집홈(130b)의 가로와 세로는 상기 주입홈(130a)의 가로와 세로보다 각각 조금씩 길다.

즉, 상기 수집홈 형성부(152)의 돌출부의 길이가 상기 주입홈 형성부(151)의 돌출부의 길이보다 길고, 상기 수집홈 형성부(152)의 돌출부 끝단의 가로와 세로가 상기 주입홈 형성부(151)의 돌출부 끝단의 가로와 세로보다 각각 조금씩 길다.

또한, 상기 수집홈(130b)의 밑면에 형성된 네 개의 모서리들 중 하나의 모서리는 다른 세 모서리보다 깊다. 즉, 상기 수집홈(130b)의 밑면은 사각형의 모서리 하나가 뾰족하게 되어 있는데, 이는 상기 수집홈(130b)에 DNA 시료들이 용이하게 수집되고, 수집된 DNA 시료들을 간편하게 수거할 수 있도록 하기 위한 것이다.

수집홈(130b)의 밑면에 형성된 모서리들 중 조금 더 깊은 모서리는 상기 네 개의 모서리들 중 상기 주입홈(130a)으로부터 멀리 있는 두 개의 모서리들 중 어느 하나이다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 전기영동장치의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 전기영동장치를 이용하여 정제된 DNA를 획득하기 위해서는 전기영동장치에 놓여질 겔(130)을 만들어야 한다.

상기 겔(130)은 아가로스 분말(agarose powder)를 TE버퍼에 혼합 가열하여 만들어진다. 상기 겔(130)에는 주입홈(130a)과 수집홈(130b)이 형성되는데, 이들을 형성하기 위하여 홈 형성기(150)를 사용한다.

도 8은 홈 형성기를 이용하여 겔에 홈들을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 홈 형성기(150)를 겔 케이스(140)에 거치시키고 액체상태의 겔을 겔 케이스(140)에 조심스럽게 붓는다. 겔이 고체 상태가 된 후 홈형성기를 조심스럽게 상부로 들어올려서 제거하면, 상기 겔(130)에는 상기 홈 형성기(150)의 주입홈 형성부(151)의 돌출부 그리고 상기 수집홈 형성부(152)의 돌출부에 의해 주입홈(130a)과 수집홈(130b)이 만들어진다.

주입홈(130a)과 수집홈(130b)이 형성된 겔(130)이 만들어지면, 겔 케이스(140)를 이용하여 상기 겔(130)을 상기 전기영동장치의 탱크(110)에 놓는다.

이때 상기 탱크(110) 내부에는 버퍼 용액이 채워져야 하는데, 상기 버퍼용액으로는 TE버퍼(Tris EDTA buffer)를 사용하고 상기 탱크(110)에 놓여진 겔(130)을 완전히 잠글 정도로 채우지 않고 상기 겔(130)의 상부면은 버퍼 용액에 의해 잠기지 않을 정도로만 충분한 버퍼 용액을 채운다. 이는 상기 겔(130)이 완전히 잠길 정도로 버퍼용액을 채울 경우 상기 버퍼 용액이 상기 겔(130)의 주입홈 또는 상기 수집홈에 있는 DNA 시료와 혼합되어 상기 시료들을 오염시킬 수 있기 때문이다.

상기 주입홈(130a)과 수집홈(130b) 또한 TE버퍼로 채운다.

상기와 같은 방법으로 만들어진 겔(130)의 주입홈에 DNA 시료를 주입한 다 음, 상기 탱크(110)에 버퍼 용액을 채운 상태에서, 상기 겔(130)을 탱크(110)에 놓고 상기 전원공급장치(120)를 이용하여 상기 전기영동장치의 전극에 전원을 인가해 탱크(110) 내부의 용액에 전기장을 형성시킨다.

DNA는 전기극성을 갖고 있으므로, 상기 전기영동장치의 전극에 전원이 인가되면, 주입홈(130a)에 주입된 DNA 시료들은 상기 수집홈(130b) 방향으로 이동하게 된다.

도 9는 겔의 주입홈에 주입된 DNA가 수집홈으로 이동하는 것을 보여주는 도면이다.

일정 시간동안 전극에 전원을 인가하면, 상기 주입홈(130a)에 주입된 DNA 시료는 상기 수집홈(130b)까지 이동하여 상기 수집홈(130b)에 모이게 된다.

상기 수집홈(130b)에 모인 DNA를 수거하여 별도의 추가 과정 없이 유전자 분석 등 필요한 분석을 하게 된다.

도 10a는 종래의 방법으로 얻어진 DNA의 염기서열을 분석한 결과를 보여주는 도면이고, 도 10b는 본 발명에 따른 전기영동장치로부터 얻어진 DNA의 염기서열을 분석한 결과를 보여주는 도면이다.

도 10a 및 도 10b에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명을 이용하여 정제된 DNA는 매우 간단한 절차를 거쳐 얻어졌지만 많은 시간과 절차를 거쳐야 하는 종래의 방법으로 정제된 DNA와 비교해 볼 때 염기서열의 분석결과에 차이가 없거나 일부 우수한 결과를 확인한 점을 볼 때, 종래의 방법에 의해 얻어지는 DNA의 순수도와 동일하거나 보다 순수도가 높은 DNA를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래기술에서는 많은 단계를 거쳐야만 하는 정제과정을 하나의 단계만을 거쳐 정제할 수 있도록 함으로써, 정제시간과 정제비용을 획기적으로 단축하고 절감할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 종래에는 여러 단계의 정제과정을 거쳐야만 정제된 DNA를 얻을 수 있었지만 본 발명에 의하면 수집홈에 수집된 DNA자체가 정제되어 있는 상태이므로 별도의 정제과정을 거칠 필요가 없다.

또한, 주입홈과 수집홈의 수를 조절함으로써 1회의 정제과정에 여러 종류의 시료를 동시에 정제할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 전기영동장치에 있어서,

   버퍼용액이 채워지는 탱크;

   상기 탱크 내부에 놓이며 시료가 주입되는 주입홈과 상기 주입홈으로부터 이동한 시료들이 수집되는 수집홈을 갖는 겔;

   상기 겔에 상기 주입홈 및 수집홈을 형성하기 위한 홈 형성기; 및

   상기 탱크에 전원을 공급하는 전원공급장치;를 포함하고,

   상기 겔에 형성되는 상기 수집홈의 깊이는 상기 주입홈의 깊이보다 깊고, 상기 수집홈의 가로와 세로는 상기 주입홈의 가로와 세로보다 긴 것을 특징으로 하는 전기영동장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 수집홈의 밑면에 형성되는 네 개의 모서리들 중 어느 하나의 모서리가 더 깊은 것을 특징으로 하는 전기영동장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 더 깊은 모서리는 상기 네 개의 모서리들 중 상기 주입홈으로부터 멀리 있는 모서리임 것을 특징으로 하는 전기영동장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 전기영동장치에 사용되는 홈 형성기에 있어서,

   시료가 주입되는 주입홈을 형성하기 위한 주입홈 형성부; 및

   상기 주입홈으로부터 이동해온 시료가 수집되는 수집홈 형성부;를 포함하고,

   상기 주입홈 형성부와 상기 수집홈 형성부 사이의 거리가 가변하고,

   상기 주입홈 형성부는 일면에 복수 개의 주입홈 돌출부들을 갖고,

   상기 수집홈 형성부는 일면에 복수 개의 수집홈 돌출부들을 갖으며,

   상기 수집홈 돌출부들의 길이가 상기 주입홈 돌출부들의 길이보다 길고,

   상기 각 수집홈 돌출부 끝단면의 가로와 세로는 상기 각 주입홈 돌출부 끝단면의 가로와 세로보다 긴 것을 특징으로 하는 전기영동장치의 홈 형성기.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 각 수집홈 돌출부 끝단면의 네 개의 모서리들 중 어느 하나의 모서리가 다른 세 개의 모서리보다 더 높은 것을 특징으로 하는 전기영동장치의 홈 형성기.
11. 제 4항에 있어서,

    상기 홈 형성기는:

    시료가 주입되는 주입홈을 형성하기 위한 주입홈 형성부; 및

    상기 주입홈으로부터 이동해온 시료가 수집되는 수집홈을 형성하기 위한 수집홈 형성부;를 포함하고,

    상기 주입홈 형성부와 상기 수집홈 형성부 사이의 거리가 가변하는 것을 특징으로 하는 전기영동장치.

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