KR101339064B1 - 바이오칩을 이용하여 암호를 해독하는 방법 및 이를 이용하여 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 암호화된 핵산 분자 및 바이오칩을 이용하여 암호를 해독하는 방법 및 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 암호 해독 방법은 유전자 증폭 과정이나 서열 분석 과정 등의 별도의 과정을 거치지 않고 간편하게 다량의 암호를 해독할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 암호화된 핵산 분자는 위조가 거의 불가능 하기 때문에 바코드 위조 여부 확인에 유용하게 이용될 수 있으므로, 농수축산물 이력추적 시스템에 이용될 수 있다.

Description

바이오칩을 이용하여 암호를 해독하는 방법 및 이를 이용하여 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법{MEHTHOD OF DECODING CODES USING A BIO-CHIP AND MEHTOD OF DETERMINING WHETHER A BAR-CODE IS FORGED USING THE SAME}
본 발명은 바이오칩을 이용하여 암호를 해독하는 방법 및 이 방법을 이용하여 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법에 대한 것이다.
일반적인 암호 코드로 가장 많이 사용되는 것은 바코드이다. 바코드는 문자나 숫자를 흑과 백의 막대 모양 기호로 조합한 것으로서, 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 바코드는 쉽게 위조되는 문제점이 있다.
바코드 위조 방지를 위해, 라벨지에 위조 방지기술을 적용하는 방법, 이차원 바코드를 이용하여 위조를 방지하는 방법, 홀로그램을 이용하여 위조를 방지하는 기술, 광반사 필름을 바코드와 함께 제조하여 위조를 방지하는 기술, 다차원의 바코드를 이용하여 위조를 방지하는 기술 및 금속 물질을 플라스틱 등에 삽입하는 기술 등 매우 다양한 기술이 개발되고 있는 추세이다.
최근 안전한 먹거리에 대한 중요성이 대두되면서, 국·내외적으로 농축수산물의 이력추적제가 점진적으로 구축되고 있다. 현재 국내에서는 소고기 이력추적제, 농산물 및 수산물 이력추적제가 시행되고 있다. 특히, 소고기와 수산물 이력추적제에는 바코드 시스템을 도입하기로 하였다.
그러나 앞서 살펴본 것처럼, 바코드는 위조가 쉽기 때문에, 먹거리의 안전성을 확실하게 보장할 수 없는 문제점이 있다. 농축수산물은 일반적인 공장에서 생산되는 제품보다 더 복잡한 과정을 거쳐서 소비자에게 판매되기 때문에, 유통 단계에서의 위조나 타지역 및 타브랜드 제품 등으로 둔갑할 수 있는 가능성이 많다. 따라서 바코드 위조 방지는 바코드 시스템에서 해결하여야 할 매우 중요한 문제점으로 인식되고 있다.
핵산 분자를 이루고 있는 염기 서열은 유전 정보라는 암호를 해독하게 해 준다. 염기 서열은 그 배열 순서에 따라 의미를 부여할 수 있으므로, 염기 서열을 암호 코드로 사용하는 방법에 대한 연구가 진행중이다.
그러나 핵산 분자를 암호화하고 이를 해독하기 위해서는 유전자를 증폭하고 그 증폭 산물의 서열을 확인해야 하는 공정이 추가되는 번거로움이 있다.
이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구를 계속 한 결과, 암호화된 핵산 분자 및 바이오칩을 이용하여 암호를 해독하고 바코드 위조 여부를 확인하는 방법을 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 바이오칩을 이용하여 특정 정보로 암호화된 핵산 분자를 해독하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 바이오칩을 이용하여 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 바이오칩을 이용한 암호 해독용 키트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 암호 해독 방법은 다음 단계를 포함한다:
a) 암호화된 핵산 분자가 도포된 매체로부터 핵산 분자를 분리하는 단계:
b) 상기 암호화된 핵산 분자의 염기 서열과 상보적으로 결합하는 염기 서열을 포함하는 프로브를 포함하여 이루어진 바이오칩에, 상기 분리된 핵산 분자를 넣고 혼성화 반응을 수행하는 단계; 및
c) 상기 혼성화 반응의 결과를 통해 상기 핵산 분자의 암호를 해독하는 단계.
상기 암호화된 핵산 분자가 도포되는 매체는, 특별한 제한은 없으며, 상품 포장지 형태의 종이 재질일 수 있다. 구체적으로, 상품 포장지와 동일하거나 유사한 종이 재질이거나 상품 포장지에 붙일 수 있는 스티커 또는 그와 유사한 형태의 매체는 다 포함될 수 있다.
상기 핵산 분자는 DNA, RNA 또는 PNA일 수 있다. 상기 DNA, RNA 및 PNA는 이 기술분야에서 널리 사용되는 용어이다. 상기 DNA, RNA 및 PNA는 이 기술분야에서 알려진 방법을 통해 인공적으로 합성할 수 있다.
상기 암호화된 핵산 분자는, 특정 문자 또는 숫자에 대응되는 2개 이상의 염기가 연결된 염기 서열을 포함하는 단일 가닥 핵산 분자일 수 있다.
또한, 상기 암호화된 핵산 분자는 특정 지역을 나타내는 문자 또는 숫자에 대응되는 2개 이상의 염기가 연결된 염기 서열을 포함하는 단일 가닥 서열로서, 특정 지역을 암호화시킨 단일 가닥 핵산 분자일 수 있다.
또한, 상기 a)의 암호화된 핵산 분자는 바코드가 나타내는 문자 및 숫자 정보에 대응되는 2개 이상의 염기가 연결된 염기 서열을 포함하는 단일 가닥 서열로서, 특정 바코드의 정보를 암호화시킨 단일 가닥 핵산 분자일 수 있다.
즉, 상기 암호화된 핵산 분자는 특정 정보를 나타내는 암호, 특정 지역을 나타내는 암호 또는 특정 바코드의 정보를 나타내는 암호일 수 있다.
DNA의 염기서열은 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C) 및 티민(T)으로 이루어져 있으며, RNA는 티민 대신 우라실(U)이 존재한다. 이 염기들의 배열 따라 유전 정보가 달라진다. 따라서 염기 서열의 배열 형태는 일종의 암호에 해당한다고 볼 수 있다. 염기 서열의 배열을 통해 유전 정보를 해독하듯이, 본 발명에서는 암호화된 염기 서열을 가지는 핵산 분자를 인공적으로 만들고, 이를 분리하여 해독하는 방법을 제공한다.
구체적으로 특정 문자 또는 숫자에 대응하는 염기 서열 암호를 미리 정해둔다. 도 1을 보면, 우리나라 전 지역을 숫자로 분류하여 나타낸 암호 테이블을 보여준다. 예를 들어, “경기도 안산시 상록구”의 경우, 4(경기), 2 및 6번에 해당한다. 만약, 4번 지역에 해당하는 염기 서열을 “GCTTAGGTTC”, 2번 지역에 해당하는 염기 서열을 “TTGATCTCTC”, 6번 지역에 해당하는 염기 서열을 “CAGTAACGGG”라고 미리 정해 놓았다면, 이 세 개의 단일 가닥 염기 서열을 가지는 핵산 분자(예를 들면, DNA)를 인공적으로 합성할 수 있다. 이 핵산 분자가 본 발명에서 설명하는 암호화된 핵산 분자이다. 그리고 “경기도 안산시 상록구” 지역의 경우, 세 개의 단일가닥 핵산 분자로 암호화될 수 있다.
또 하나의 예로, 바코드 정보를 들 수 있다. 예를 들어, 수산물 이력추적제에 적용되는 바코드 시스템의 경우, 13 자리 체체를 가지고 있다(도 2 우측 사진 참고). 이 바코드의 정보 중 처음 4 자리는 양식장, 어촌계, 공장 및 유통업체 등에 부여된 번호이고, 그 다음 두 자리는 제품 유형별 고유 번호를, 그 다음 두 자리는 연도 표시를, 마지막 5 자리는 일련번호로서 활어와 일반 가공품이 같이 사용될 수 있는 로트 또는 개별 식별번호를 기재한 것이다.
기존 수산물 이력추적제에서 결정된 바코드 정보를, 본 발명에 따른 방법으로 암호화할 경우, 앞서 언급한 바코드 정보 중 마지막 5자리를 제외하고(생산에 따른 표시이므로 제외해도 됨), 총 8 자리를 암호화 할 수 있다. 구체적으로 0 ~ 9 번의 숫자를 이용하여, 총 8 자리(양식장 등을 나타내는 처음 4 자리와, 제품 유형별 고유 번호를 나타내는 2 자리와, 그 다음 연도 표시를 나타내는 2 자리)를 암호화할 수 있는 염기 서열정보가 필요하다. 즉, 바코드 정보를 암호화 하기 위해서는 총 80개(10 x 8)의 염기 서열 정보가 필요하다. 이를 도 1과 같은 암호화 테이블을 만들어서 각각의 셀에 해당하는 임의의 염기 서열 정보를 만들면, 이것이 본 발명에 따른 특정 바코드 정보를 암호화시킨 1개 이상의 단일 가닥 핵산 분자에 해당한다.
앞서 설명한 암호화된 핵산 분자가 상기 매체에 도포될 때, 서로 다른 문자 또는 숫자 정보를 암호화한 복수개의 단일 가닥 핵산 분자가 혼합되어 상기 매체에 도포될 수 있다. 앞서 “경기 안산시 상록구”를 예로 들었을 때, 세 개의 단일가닥 암호화 핵산 분자를 만들 수 있음을 살펴보았다. 즉, 특정 정보를 암호화할 수 있는 만큼의 염기 서열을 만들어서 이를 매체에 도포할 수 있다.
상기 핵산 분자를 이루는 염기 서열의 5' 말단에는 형광 물질과 결합할 수 있는 물질이 부착될 수 있다. 그 예로는 비오틴(biotin)을 들 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 상기 비오틴에는 형광 물질이 결합될 수 있어서, 이 형광 물질을 통해 암호화된 핵산 분자와 바이오칩과의 반응 결과를 눈으로 확인할 수 있다.
상기 바이오칩은, 유리, 실리콘, 혹은 나일론 등의 재질로 된 작은 기판 위에 DNA, 단백질 등의 생물 분자들을 결합시켜 그 반응 형태를 분석하는 칩을 말한다.
본 발명에서, 상기 바이오칩은 DNA 마이크로어레이칩일 수 있다. 상기 DNA 마이크로어레이칩이란, 염기 서열을 알고 있는 DNA 분자를 소형 기판 위에 고밀도로 배열해 놓은 것을 말한다. DNA 마이크로어레이의 장점은 수개 내지 수백만개의 염기 서열을 총체적으로 분석할 수 있다는 것이다.
앞서 설명한 암호화된 핵산 분자의 해독은 상기 바이오칩을 통해 수행할 수 있다. 상기 암호화된 핵산 분자의 염기 서열은 특정 정보를 암호화하기 위해 인공적으로 합성한 것임은 이미 설명하였다. 따라서 이 암호화된 핵산 분자의 염기 서열에 상보적으로 결합하는 프로브 서열 역시 합성할 수 있고, 이 프로브 서열을 포함하는 바이오칩을 제작할 수 있다. 그 다음 상기 암호화된 핵산 분자를 상기 바이오칩에 넣고 혼성화 반응을 시키면, 상보적 결합이 일어난다. 이 혼성화 반응 결과를 통해 상기 핵산 분자의 암호를 해독할 수 있다.
다시 도 1을 보면서 본 발명에 따른 암호 해독 방법을 설명한다. 도 1의 암호화 테이블에 해당하는 정보를 이용하여 암호화 핵산 분자를 만든다. 도 1의 암호 테이블은 우리나라 각 지역을 광역시/도; 시/군; 및 구/읍/면으로 구역화해서 이를 숫자로 정리하여 나타낸 것이다. 구체적으로, 광역시/도는 맨 좌측 행의 1 내지 7번으로; 시/군은 그 다음 행의 1 내지 6번으로; 그리고 구/읍/면은 테이블 우측의 1 내지 7 번의 열로 나타내었다. 이 암호화 테이블에 기초하여, 이 모든 지역의 정보를 암호화하는 염기 서열을 디자인한다. 각각의 특정 정보에 대응하는 암호화 염기 서열은 2 개 이상의 염기를 사용하여 표시하는 것이 좋다. 암호화해야 할 정보가 많을수록 사용되는 염기의 개수도 늘어나게 된다.
예를 들면, 광역시/도를 나타내는 맨 좌측의 1 내지 7번 행에 해당하는 정보를 암호화하는 염기 서열; 시/군을 나타내는 1 내지 6번 행에 해당하는 정보를 암호화하는 염기 서열; 그리고 구/읍/면을 나타내는 1 내지 7 번 열의 정보를 암호화하는 염기 서열을 디자인할 수 있다. 상기 분류한 3 개의 지역 단위를 기준으로, 각 지역의 정보를 암호화하는 염기 서열을 디자인할 때, 만약 5개의 염기를 가지는 염기 서열을 디자인한다면, 5 X 5 X 5 =125 개 지역을 암호화할 수 있다. 암호화에 사용되는 염기 서열의 개수에는 제한이 없다.
다음으로, 상기 암호화된 핵산 분자의 염기 서열에 상보적으로 결합하는 프로브를 디자인하고 이를 포함하는 바이오칩을 만든다. 이는 도 1의 우측에 모식적으로 나타내었다. 구체적으로, 광역시/도를 나타내는 1 내지 7번 행의 정보를 암호화한 염기 서열과 상보적으로 결합하는 프로브는 도 1 우측 칩 맨 상단의 1 내지 7번에 들어 있고; 시/군을 나타내는 1 내지 6번 행에 해당하는 정보를 암호화하는 염기 서열과 상보적으로 결합하는 프로브는 칩 중간의 1 내지 6번에 들어 있고; 그리고 구/읍/면을 나타내는 1 내지 7 번 열의 정보를 암호화하는 염기 서열과 상보적으로 결합하는 프로브는 칩 하단의 1 내지 7번에 들어 있다.
예를 들어, “경기도 안산시 상록구”의 지역 정보를 암호화한 핵산 분자-4, 2 및 6번의 염기 서열로 구성된 3 개의 단일가닥 핵산 분자-를 상기 바이오칩에 넣으면, 상기 바이오칩의 4, 2 및 6번 염기 서열과 상보적으로 결합하여 반응을 낸다. 그리하여, 4, 2 및 6번에서 반응이 관찰되고, 이를 통해 “경기도 안산시 상록구”의 정보를 가진 암호화 핵산 분자를 해독할 수 있다.
본 발명은, 이러한 해독 작업을 위해서 핵산 분자를 증폭하는 PCR 반응이나 핵산 염기 서열을 일일이 확인하는 작업을 별도로 거칠 필요가 없다. 본 발명에 따른 암호 해독 작업은 그 과정이 간편하고, 바이오칩 시스템을 이용하여 다량의 암호 정보를 해독할 수 있는 장점이 있다.
앞서 설명한 것처럼, 상기 암호화된 핵산 분자를 이루는 염기 서열의 5' 말단에는 형광 물질과 결합가능한 물질이 부착되므로, 바이오칩의 반응 결과는 형광 검출을 통해 확인할 수 있다. 상기 형광 물질과 결합가능한 물질은, 이 기술분야에서 사용되는 것이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 구체적인 물질의 예로는 비오틴을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
해독이 요구되는 핵산 분자가 있다고 가정해보자. 이 암호화된 핵산 분자가 특정 상품의 포장지(매체)에 붙어 있다면, 이 핵산 분자를 분리해서 앞서 설명한 바이오칩에 넣어 반응을 시킨다. 그 결과, 바이오칩의 4, 2 및 6번에서 형광이 관찰되었다면(도 1 참고), 상기 암호화된 핵산 분자는 “경기도 안산시 상록구”의 지역 정보를 나타내는 것이라고 해독할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 바이오칩을 이용하여 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법을 제공한다:
i) 특정 바코드의 정보로 암호화된 핵산 분자가 도포된 매체로부터 핵산 분자를 분리하는 단계:
ii) 상기 암호화된 핵산 분자의 염기 서열과 상보적으로 결합하는 염기 서열을 포함하는 프로브를 포함하여 이루어진 바이오칩에, 상기 분리된 핵산 분자를 넣고 혼성화 반응을 수행하는 단계;
iii) 상기 혼성화 반응의 결과를 통해 상기 암호화된 핵산 분자의 암호를 해독하는 단계; 및
iv) 상기 해독된 암호 정보와 상기 특정 바코드의 정보를 비교하여 바코드의 정보가 위조되었는지를 확인하는 단계.
앞서 설명한 지역 정보의 암호화와 같은 방법으로, 특정 바코드의 정보가 암호화된 핵산 분자를 바이오칩과 반응시켜서 핵산 분자의 암호를 해독한 후, 특정 바코드의 정보와 비교하면, 바코드의 정보가 위조되었는지를 확인할 수 있다.
예를 들면, 기존 수산물 이력추적제에서 결정된 바코드 정보 중 처음 4 자리는 양식장, 어촌계, 공장 및 유통업체 등에 부여된 번호인데, 이를 염기 서열로 암호화하여 핵산 분자를 제작한다. 그 다음 바코드 두 자리는 제품 유형별 고유 번호인데, 이를 암호화하여 핵산 분자를 제작한다. 그리고 그 다음 두 자리는 연도 표시를 나타내는데, 이를 염기 서열로 암호화하여 핵산 분자를 제작한다. 이렇게 만들어진 핵산 분자를 모두 혼합하여 상품 포장지나 스티커 등의 매체에 도포한다. 그리고 상품 포장지에 바코드 정보를 부착할 때, 그 옆에 이 암호화된 핵산 분자를 부착시킨다.
상품 유통 과정에서 바코드 정보가 위조되는지 확인하기 위해, 상기 상품 포장지에 부착된 암호화된 핵산 분자를 분리하여 바이오칩에 넣고 혼성화 반응을 시킨 후 그 결과를 해독하여 정보를 얻을 수 있다. 그리고 그 옆의 바코드의 정보와 비교하여, 바코드 정보가 위조되었는지 확인할 수 있다. 도 3에 이를 모식적으로 나타내었다.
만약 상품 유통 과정에서 바코드 정보가 위조되었다면, 암호화된 핵산 분자의 정보와 바코드 정보가 일치하지 않을 것이다. 상품 유통 과정에서 바코드 정보는 위조하기 쉽지만 핵산 분자는 위조가 거의 불가능하기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 방법은, 농산물, 축산물 및 수산물의 식품 정보를 알려주는 바코드 시스템을 보완 또는 대체할 수 있는 유용한 방법이라 할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 다음을 포함하는 바이오칩을 이용한 암호 해독용 키트를 제공한다:
매체에 도포된 암호화된 핵산 분자:
상기 암호화된 핵산 분자의 염기 서열과 상보적으로 결합하는 염기 서열을 포함하는 프로브를 포함하는 바이오칩; 및
상기 암호화된 핵산 분자와 상기 바이오칩의 프로브의 혼성화 반응 결과를 나타내는 검출 장치.
상기 암호화된 핵산 분자 및 바이오칩은 이미 설명하였다.
상기 검출 장치는 바이오칩의 검출에 흔히 쓰이는 검출 장치이면 어느 것이나 사용 가능하다. 구체적으로 레이저 스캐너 등을 예로 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 키트에는 버퍼 및 안정화제 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 바이오칩을 이용한 암호 해독 방법을 이용하면, PCR 증폭이나 서열 확인 등의 과정을 거치지 않고, 바로 암호를 해독할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 암호 해독 방법은 바코드의 위조 여부를 확인하는 데에도 쉽게 이용될 수 있으므로, 농산물, 수산물 및 축산물 등 식품의 이력 추적시스템에 활용되어 바코드 시스템의 보안을 강화시킬 수 있다.
도 1은 우리나라 지역 정보를 암호화한 테이블과 이를 이용하여 바이오칩을해독하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 현재 사용되고 있는, 동일한 제품에 표기된 두 종류의 바코드를 나타낸 것이다(좌: 일반 바코드, 우: 이력추적제용 바코드).
도 3은 본 발명에 따른 암호 해독 방법을 적용하여 바코드 위조 여부를 확인하는 방법을 모식적으로 나타내는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성화 반응을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 암호화된 핵산 분자를 해독한 결과를 보여주는 형광 스캔 사진이다.
도 7 내지 10은 본 발명의 암호화된 핵산 분자의 안전성 테스트 결과를 보여주는 형광 스캔 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 암호 해독 결과를 보여 주는 형광 스캔 사진이다.
도 12는 본 발명에 따른 암호 해독 방법을 모식적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 이 기술분야의 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1: 암호화된 핵산 분자 디자인 및 제작
도 1의 암호화 테이블에 기재된 지역 중 “서울 종로구”의 지역 정보를 암호화한 세 가닥의 단일가닥 DNA 분자를 BIONEER(대한민국)에 의뢰하여 제작하였다. 각각의 염기 서열은 비오틴과 결합시켰다. 상기 세 가닥의 DNA 분자를 모두 증류수에 넣고 혼합한 다음 이 혼합 용액 0.05 pmole을 종이에 도포하였다. 종이는 일반 복사 용지(A4)와 필터 페이퍼(Whatman사, 미국)를 사용하였다. 종이에 도포된 상태로 7, 15일, 30일 및 60일을 보관하였다.
실시예 2: 프로브 제작
실시예 1의 암호화된 DNA 분자에 상보적으로 결합하는 프로브를 BIONEER(대한민국)에 의뢰하여 준비하였다. 상기 프로브는 바이오칩 제작시 사용해야 하므로, 상기 프로브의 5' 말단에 아민 링크를 수식하고, 혼성화 반응시 글라스 슬라이드 위에 집적되어 있는 프로브 간의 공간적인 방해를 최소화시키기 위하여 10개의 올리고(dT)를 부가하여 합성하였다.
실시예 3: 바이오칩 제작
암호화된 DNA 분자의 염기서열과 상보적인 염기서열을 가진 프로브를 이용하여 암호 분석용 바이오칩을 제작하였다. 바이오칩을 제작하기 위해 실릴레이티드 슬라이드(Silylated Slide; CEL & Associates, Inc. 미국) 상에 50 uM의 농도로 아민 링크가 수식된 상태인 실시예 2의 프로브를, 동일한 양의 스포팅 버퍼(6X SSC, 1 M Betaine)와 혼합하여 VSS-25 실릴레이티드 슬라이드 상에 집적하고 이를 16 시간 동안 실온에서 방치하였다. 이 후, 결합하지 않은 프로브는 0.1% SDS에서 5분간 슬라이드를 처리하고 증류수에서 5분간 2회 세척하여 제거하고, 세척한 슬라이드에 소디움 보로하이드라이드 용액(NaBH4 0.625 g : PBS 187.5 ml : Ethanol 62.5 ml)를 5분간 처리한 뒤, 증류수로 5분간 2회 세척하였다. 마지막으로 800 rpm에서 슬라이드를 회전건조시킨 후 상온에서 보관하였다. 도 4는 바이오칩의 모식도를 나타낸 것이다. 위치 마커를 통해 암호화된 핵산 분자의 위치를 정확히 알 수 있으며, 본 실시예의 프로브가 도 4의 바이오칩에 위치하게 된다.
실시예 4: 암호화된 핵산 분자 분리
실시예 1의 암호화된 DNA 분자가 도포된 A4 종이를 7일 동안 상온에서 방치한 후, 핀셋을 이용하여 종이를 수거하였다. 수거한 종이는 튜브에 넣고 혼성화 반응을 위해 하이브리다이제이션 버퍼(3X SSC, 0.3% sarcosyl) 110 ul를 첨가하였다. 시료의 수득율을 최대화하기 위해 튜브 안의 종이를 회수하여 컬럼(NIP-50-1.5, BioMasher) 위에 올려 놓고 튜브에 장착하였다. 3분간 13000 rpm으로 원심분리를 한 후, 컬럼은 제거하고 하층액은 혼성화 반응시 사용하였다.
실시예 5: 바이오칩의 프로브와 혼성화 반응
실시예 4의 하층액에 스트렙타비딘-cy3를 0.5ul 첨가하였다. 스트렙타비딘-cy3는 1 mg/ml을 사용하여 최종 농도가 1/5000(0.2 ng/ul)가 되게 혼합하였다. 슬라이드에 혼성화 챔버를 부착한 후에 준비된 혼성화 용액을 상기 챔버에 도포하여 48℃에서 1 시간 동안 반응시켰다. 혼성화 반응이 종료되면, 250 ml의 1X SSC, 0.1% 사코실(sarcosyl)의 혼합 용액에서 5분간, 다음엔 1X SSC에서 5분간, 그리고 마지막으로 0.1X SSC에서 5분간 교반 세척하고, 800 rpm에서 슬라이드를 5분간 회전, 건조시켰다. 혼성화 반응 결과는 GenePix 4000B 스캐너(Molecular Device, 미국)를 이용, PMT 게인은 450, 레이져 출력은 100% 및 픽셀 크기는 5의 조건에서, Cy3 형광값을 측정하여 분석하였다. 도 5는 혼성화 과정을 모식적으로 나타낸 그림이다.
혼성화 반응 결과, 도 6에 나타난 것과 같이, 칩 상에 나타난 Cy3 형광의 분포가 1, 2,1 번에서 나타났다. 이를 통해 종로구로 암호화된 핵산 분자임를 해독을 통해 확인할 수 있었다.
실시예 6: 암호화된 핵산 분자의 안정성 실험
상기 암호화된 DNA 분자가 암호 정보로 활용되기 위해서는, 종이 등의 매체에 도포되어서 상품 포장지에 부착된 상태로 유통되었을 때, 변성이 일어나지 않아야 한다. 따라서 상기 실시예 1의 암호화된 DNA 분자를 종이(A4 종이 및 필터 용지)에 도포하고 안전성 실험을 수행하였다. 구체적으로, 유통 과정에서 접할 수 있는 여러 가지 온도 조건인 실온(25℃), 냉장(4℃) 및 냉동(-20℃) 조건에서 60일 동안 보관한 후, 실시예 2 내지 5에 기재된 방법으로, 바이오칩과 반응시켜서 혼성화 반응이 일어나는지 확인하는 안전성 실험을 수행하였다. 그 결과 도 7 내지 10에 나타난 것과 같이, 여러 가지 온도 조건에서 7일(도 7), 15일(도 8), 30일(도 9) 및 60일(도 10) 동안 보관하여도, DNA 분자의 변성이 일어나지 않음을 확인할 수 있었다(Cy3 형광의 분포가 1, 2,1 번에서 나타남).
실시예 7: 타 지역 정보에 대한 암호 해독
실시예 1 내지 5에 기재된 것과 같은 방법을 이용하여, "서울시 종로구" 이외의 타 지역에 대한 암호화 DNA 분자를 도 1의 암호화 테이블에 기초하여 제작하고 바이오칩을 통한 혼성화 반응을 수행하였다. 도 1의 암호화 테이블에 기재된 정보 전부를 이용하지 않고, 그 일부 정보를 대상으로 암호화 염기 서열을 디자인하고 바이오칩을 제작하였다. 그 결과, 도 11에 나타난 것과 같이, 지역 정보를 암호화한 DNA 분자를 정확하게 해독할 수 있었다.
도 12는 본 발명에 따른 암호 해독 방법을 모식적으로 보여 주는 그림이다. 먼저 서열 ① 내지 ④로 표시되는 암호화된 핵산 분자를 분리하고, 이와 상보적으로 결합하는 프로브를 포함하는 바이오칩에서 혼성화 반응을 일으킨다. 이 때 별도의 염기 서열 증폭 과정이나 염기 서열 해독 과정을 거칠 필요가 없다. 본 발명에 따른 바이오칩의 반응 결과를 통해, 암호화된 핵산 분자를 바로 해독할 수 있다.
본 발명에 따라 암호화된 핵산 분자는 바이오칩 등과 같은 특정 분석기술을 거치지 않고서는 그 암호를 해독하기 어렵다. 또한, 바이오칩을 이용한 같은 염기서열 분석은 암호화된 핵산 분자 시료의 혼합값을 정확하게 알지 못하면 분석 자체를 쉽게 하기도 어렵다. 따라서 이 기술은 바코드 등의 암호 위조 방지 효과가 매우 큰 기술이다.
본 발명에 따른 바이오칩을 이용한 암호 해독 방법 및 암호 해독용 키트는 다양한 암호를 만들고 해독하는 데에 유용하게 활용될 수 있다. 특히, 농산물, 수산물 및 축산물 등 식품의 이력추적 시스템에 활발히 이용될 수 있다.

Claims (16)

  1. a) 암호화된 핵산 분자가 도포된 매체로부터 핵산 분자를 분리하는 단계:
    b) 상기 암호화된 핵산 분자의 염기 서열과 상보적으로 결합하는 염기 서열을 포함하는 프로브를 포함하는 바이오칩에, 상기 분리된 핵산 분자를 넣고 혼성화 반응을 수행하는 단계; 및
    c) 상기 혼성화 반응의 결과를 통해 상기 핵산 분자의 암호를 해독하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 a)의 암호화된 핵산 분자는 특정 지역을 나타내는 문자 또는 숫자에 대응되는 2개 이상의 염기가 연결된 염기 서열을 포함하는 단일 가닥 서열로서, 특정 지역을 암호화시킨 단일 가닥 핵산 분자인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드 정보가 위조되었는지 확인하기 위한 암호를 해독하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 a)의 핵산 분자는 DNA, RNA 또는 PNA인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드 정보가 위조되었는지 확인하기 위한 암호를 해독하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상품은 농산물, 축산물 및 수산물로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드 정보가 위조되었는지 확인하기 위한 암호를 해독하는 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 a)의 암호화된 핵산 분자가 상기 매체에 도포될 때, 서로 다른 문자 또는 숫자 정보를 암호화한 복수개의 단일 가닥 핵산 분자가 혼합되어 상기 매체에 도포되는 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드 정보가 위조되었는지 확인하기 위한 암호를 해독하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 a)의 핵산 분자를 이루는 염기 서열의 5' 말단에 형광물질과 결합하는 물질이 부착되는 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드 정보가 위조되었는지 확인하기 위한 암호를 해독하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 b)의 바이오칩은 DNA 마이크로어레이칩인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드 정보가 위조되었는지 확인하기 위한 암호를 해독하는 방법.
  9. i) 특정 바코드의 정보로 암호화된 핵산 분자가 도포된 매체로부터 핵산 분자를 분리하는 단계:
    ii) 상기 암호화된 핵산 분자의 염기 서열과 상보적으로 결합하는 염기 서열을 포함하는 프로브를 포함하는 바이오칩에, 상기 분리된 핵산 분자를 넣고 혼성화 반응을 수행하는 단계;
    iii) 상기 혼성화 반응의 결과를 통해 상기 암호화된 핵산 분자의 암호를 해독하는 단계; 및
    iv) 상기 해독된 암호 정보와 상기 특정 바코드의 정보를 비교하여 바코드의 정보가 위조되었는지를 확인하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 i)의 암호화된 핵산 분자는 특정 지역을 나타내는 문자 또는 숫자에 대응되는 2개 이상의 염기가 연결된 염기 서열을 포함하는 단일 가닥 서열로서, 특정 지역을 암호화시킨 단일 가닥 핵산 분자인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 i)의 핵산 분자는 DNA, RNA 또는 PNA인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 상품은 농산물, 축산물 및 수산물로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 i)의 암호화된 핵산 분자가 상기 매체에 도포될 때, 서로 다른 문자 또는 숫자 정보를 암호화한 복수개의 단일 가닥 핵산 분자가 혼합되어 상기 매체에 도포되는 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 ii)의 바이오칩은 DNA 마이크로어레이칩인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 i)의 핵산 분자를 이루는 염기 서열의 5' 말단에 형광물질과 결합하는 물질이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드의 위조 여부를 확인하는 방법.
  15. 매체에 도포된 암호화된 핵산 분자:
    상기 암호화된 핵산 분자의 염기 서열과 상보적으로 결합하는 염기 서열을 포함하는 프로브를 포함하는 바이오칩; 및
    상기 암호화된 핵산 분자와 상기 바이오칩의 프로브의 혼성화 반응 결과를 나타내는 검출 장치;
    를 포함하며,
    상기 암호화된 핵산 분자는 특정 지역을 나타내는 문자 또는 숫자에 대응되는 2개 이상의 염기가 연결된 염기 서열을 포함하는 단일 가닥 서열로서, 특정 지역을 암호화시킨 단일 가닥 핵산 분자인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드 정보가 위조되었는지 확인하기 위한 암호 해독용 키트.
  16. 제15항에 있어서, 상기 상품은 농산물, 축산물 및 수산물로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 이용하여 상품 유통 과정에서의 바코드 정보가 위조되었는지 확인하기 위한 암호 해독용 키트.
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