KR19980087823A - 지문에서 디옥시리보핵산을 추출하여 사람을 식별하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DNA를 이용하여 사람을 식별하는 방법에 관한 것으로써, 구체적으로 접착성 테이프를 이용해 채취한 지문 또는 염색물을 사용하여 종이에 날인된 지문에서 DNA를 추출하여 사람을 식별하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 새로이 지문을 채취할 수 있는 경우에는 표피세포를 효과적으로 채취하기 위하여 접착성 테이프를 사용한다. 테이프나 종이에 남겨진 지문의 표피세포는 NaOH 등의 화학적 처리로 용해되고 유출된 DNA는 용액상태로 회수된다. 용액에 회수된 DNA는 불순물을 제거하고 중합효소연쇄반응을 통해 과변이(hypervariable) 영역인 짧은 연쇄반복(STR : short tandem repeat)이 증폭된 후 전기영동이나 보합(hybridization)등의 표준적 DNA 분석 방법으로 대립형을 판별하는 DNA 타이핑(typing)을 통해 사람을 식별한다.

본 발명은 종래에 DNA를 혈액이나 구강 세포에서 채취하면서 발생하였던 문제 즉, 혈액이나 구강세포에서 도출된 DNA 프로필과 공여자의 동일성 문제, 피검사자가 병원이나 검사기관에 직접 출두하여 검체를 공여해야 하는 채혈의 불편함 그리고, 타이핑 검사의 수가문제를 해결한다. 또한, 기존의 광범위하게 채취되어 보관되고 있는 지문으로부터 개개인의 DNA 프로필을 밝힐 수 있게 한다.

Description

지문에서 디옥시리보핵산을 추출하여 사람을 식별하는 방법

본 발명은 DNA를 이용하여 사람을 식별하는 방법에 관한 것으로써, 구체적으로 접착성 테이프를 이용해 채취한 지문이나 염색물을 사용하여 종이에 날인되어 있는 지문에서 DNA를 추출하여 사람을 식별하는 방법에 관한 것이다.

오늘날 범죄의 수사시 범인의 확인이나 친자 확인에 DNA를 이용한 식별이 널리 쓰이고 있다. 즉, 사건현장에서 발견된 혈액, 머리카락 또는 정액에서 채취한 DNA와 용의자로 지목되는 사람에게서 채혈한 혈액의 DNA를 비교하여 범인을 확인하며, 아버지 또는 어머니에게서 채혈한 혈액의 DNA와 자식에게서 채혈한 혈액의 DNA를 멘델유전측면에서 비교하여 친자여부를 확인한다.

상기와 같은 범죄수사, DNA 자료은행을 구축 혹은 친자검사를 할 때 피검사자는 흔히 혈액을 제공하게된다. 그러나 혈액은 직관적으로 누구의 것인지 알 수 없기 때문에 혈액에서 도출된 DNA 프로필과 혈액공여자의 동일성을 확보하기 위해서는 사진이나 지문 등을 기록하고 검체 채취자, 운반자, 그리고 분석자들이 주의깊게 취급하여야 하며 일련의 확인 서류 작성 등이 필수적이 된다. 샘플의 혼동등으로 인한 오류를 방지하기 위하여 미국 FBI등의 기관에서는 샘플의 운반과 취급의 모든 과정에서 취급자가 서명을 하도록 가이드라인을 만들었으며 또한 샘플의 표지에도 만전을 기하도록 하고 있다. 또한 채혈은 아무나 할 수 없고, 혈액은 보관에 특별한 주의가 필요하며, 피검사자가 직접 채혈장소에 있어야 하고 거리, 나이, 건강, 종교적인 이유 등으로 검사기관 방문이나 채혈이 곤란한 경우가 많이 있으며, 채혈시 고통도 수반한다.

근래에는 구강세포등을 채취하는 것으로 대체하려는 시도가 이루어지고 있으나 이것 역시 출처를 직관적으로 판단할 수 없는 것은 마찬가지이다.

본 발명은 지문에서 DNA를 채취하여 분석한다면 피검사자와 DNA 타이핑 결과를 직관적으로 명확히 연결지을 수 있다는 점에 착안한 것이며, 지문에서 충분한 양의 DNA를 채취할 수 있는 방법을 제공한다.

본 발명은 혈액이나 구강세포 채취에 따른 오류 가능성과 불편을 해소하기 위하여 접착성 테이프로 채취된 피검사자의 지문이나, 염색물을 사용하여 종이에 날인되어 있는 지문에서 직접 DNA를 추출해서 DNA의 타입을 결정(DNA typing : DNA 타이핑)하는 것이다. 그리고 결정된 DNA 타입을 서로 비교하여 사람을 식별하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 지문 채취를 효과적으로 하기 위한 지문 채취용 테이프를 제공한다.

도 1은 지문 채취용 테이프를 도시한 것이다.

도 2는 테이프에 날인된 지문을 염색한 사진이다.

도 3은 다양한 디옥시리보핵산(Deoxyribonucleic acid : DNA) 추출 방법을 사용하여 얻어진 지문의 DNA 추출량을 중합효소연쇄반응(PCR : polymerase chain reaction)에서 비교한 사진이다.

도 4는 PCR된 DNA을 변성젤 전기영동하여 대립형을 분석한 사진이다.

도 5는 지문에서 추출된 DNA로 친자검사를 한 예이다.

본 발명에서 사용되는 지문(指紋)이란 용어는 손가락 끝마디 안에 있는 피부의 무늬가 어떤 물건에 남긴 흔적을 의미한다. 본 발명은 지문의 표피세포를 효과적으로 채취하기 위하여 접착성 테이프를 사용할 수 있다. 테이프에 날인된 지문은 알맞은 광선 조건하에서나 크리스탈바이올렛(crystal violet)과 같은 적절한 시약으로 염색하여 볼 수 있으며, 사진 또는 스캔후 컴퓨터의 파일로 보존된다. 테이프에 남겨진 지문의 표피세포는 NaOH를 포함한 적절한 화학적 처리로 용해되고 유출된 DNA는 용액상태로 회수된다. 용액에 회수된 DNA는 불순물을 제거하고 중합효소연쇄반응을 거쳐 과변이(hypervariable) 영역인 STR이 증폭되어 전기영동이나 보합(hybridization)등의 표준적 DNA 분석 방법으로 대립형을 판별한다. 이와 같이 인류의 게놈(genome)에서 변화가 심한 부분을 PCR증폭하여 샘플 DNA가 가지고 있는 대립형(allele type)을 분석하는 것을 DNA 타이핑(typing)이라 부른다. 그리고 결정된 DNA 타입을 서로 비교하여 그 유사여부로써 사람을 식별할 수 있다.

본 발명은 접착성 테이프를 이용해서 새로 지문을 채취하지 않고도, 지문인식을 목적으로 주민등록증이나 기타 행정기관에서 보관중인 서류에 잉크 등의 염색물을 사용하여 날인되어 있는 지문에서도 같은 방법으로 DNA를 추출할 수 있다. 추출되는 DNA의 양은 지문의 날인과 보관상태에 따라 차이가 있기는 하지만 2차례에 걸친 내삽 중첩 PCR(nested PCR)을 이용하면 타이핑이 가능하다.

지문외에도 손바닥 무늬 기타 사람마다 고유한 패턴을 보이는 인체 표면 부위의 표피 세포를 테이프 등으로 채취하여 이용할 수 있다.

이하 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

접착성 테이프를 이용해서 새로 채취된 지문이나 기존 서류에 있는 지문에서 DNA를 추출하는데 NaOH를 이용한다. 혈액이나 머리카락 등에서 DNA를 추출하는 기존 방법에서는 고농도의 염분처리, 단백질 분해 효소 처리, 또는 페놀 분획처리를 하였다. 그러나 본 발명에서는 종이나 특히 테이프에 묻어 있는 표피세포에서 DNA를 추출하는데 NaOH 처리를 상기 통상적인 처리에 전처리로써 추가하는 것이 DNA 수율을 높였다. 종이에 날인된 지문의 경우는 종이의 크기에 비례하여 NaOH를 가하는 것이 필요하다.

DNA를 채취하기 위한 지문 채취용 테이프는 테이프에 도포되는 접착제; 상기 테이프에 배접(背接)하는 플라스틱; 및 접착제가 도포된 상기 테이프를 덮는, 접착면이 코팅된 비접착성 보호테이프 등으로 구성되어 있다.

사람의 유전정보를 수록하고 있는 인류의 게놈(genome)에는 약 10만개에 달하는 짧은 연쇄반복(STR : short tandem repeat)이라고 불리우는 염기서열이 존재한다. 이것들은 2-9 개 정도의 짧은 염기서열이 한 단위가 되어 직렬로 반복되어 나타나는 것이다. 일반적인 유전자는 변이가 적어 대립유전자의 수가 불과 몇 개를 넘기 어렵지만 STR은 반복되는 횟수의 차이로 인한 변이가 심하고 대립형(allele)의 수가 적게는 몇 개에서 많게는 수백개까지 존재한다. 이러한 과다한 변이로 인하여 개개인이 가지고 있는 대립형들은 서로 다르기 쉬우며, 여러 STR의 대립형들로 구성되는 DNA 프로필(profile)은 거의 고유하다고 할 수 있다. 한편 1985년 개발된 중합효소연쇄반응(PCR, polymorase chain reaction)은 미량의 DNA로부터 원하는 유전자 부위의 양을 크게 늘려 분석이 가능하게 하였다. 본 발명에서도 지문에서 채취한 DNA중 STR을 PCR로 증폭하여 대립형 분석에 사용한다.

DNA의 중합효소연쇄반응에 의한 증폭을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. PCR 증폭을 위하여 추출된 DNA는 PCR완충액, DNA 합성 재료인 뉴클레오타이드(nucleotide), 증폭될 지역을 한정하는 짧은 인조핵산 초벌자(primer), 그리고 중합효소와 함께 혼합된다. 이것은 온도순환기(thermal cycler)에 설치되고 이중나선의 변성(denaturation), 초벌자의 주형(template) DNA와의 보합, 초벌자에서부터의 DNA 복제의 세 과정을 온도의 변화에 따라 25∼40회 반복하면서 분석대상인 STR 부위를 10⁵-10⁷배 증폭시키게 된다. 이때 다음 과정의 전기영동이나 보합으로 증폭된 DNA의 위치를 알 수 있도록 초벌자의 5' 끝에³²P 같은 동위원소나 6-FAM(Perkin Elmer) 같은 형광물질 혹은 digoxygenin(Boehringer Mannheim) 같이 항체가 인지할 수 있는 물질이 첨가 된 것을 사용하며 필요에 따라서는 복제의 재료물질인 뉴클레오타이드중 1개에 이같은 신호발생 물질이 첨가되어 있는 것을(예를 들어, [³²P]-dATP) 사용할 수 있으며 증폭반응후 3' 끝에 DNA 중합효소나 터미널 데옥시뉴클레오티딜 전달효소(terminal deoxynucleotidyl transferase)의 반응으로 표지할 수도 있다.

기존의 종이에 날인된 지문의 경우, 상태에 따라 차이는 있지만 접착성 테이프를 이용하여 얻는 것보다는 적은 량의 DNA가 추출된다. 이 경우 한 번의 PCR로 감지되지 않는다면 내삽 중첩 PCR의 방법으로 2차례에 걸쳐 증폭한 DNA를 다시 증폭함으로써 이론적으로는 1개, 현실적으로 약 10개 이하의 DNA 분자만 존재하더라도 타이핑이 가능하다.

상기 방법으로 증폭된 DNA의 대립형 결정은 절편의 크기 측정에 따르는데, 변성젤을 이용하는 보편적인 전기영동법이 사용된다. 표지가 전혀 되어 있지 않는 경우에는 전기 영동후 은염색(silver-staining)방법을 이용하여 DNA의 위치를 확인할 수 있으며 동위원소로 표지된 경우에는 오토레디오그래피(autoradiography)법을 사용하고 6-FAM과 같은 형광물질로 표지된 경우에는 형광을 추적할 수 있는 미국 Perkin Elmer ABI사의 자동염기분석기(ABI Prism 373)같은 특별한 기기가 필요하다. 전기영동으로 DNA 절편이 이동한 거리는 절편 크기의 대수(logarithm)값에 반비례하기 때문에 분자량을 알고 있는 표준 DNA를 함께 전기영동함으로써 절편의 크기를 알 수 있다. STR의 대립형들은 반복염기순서의 반복횟수 차이에 의한 것들이기 때문에 대립형들은 전기영동후 이동 거리로 식별된다.

결정된 DNA 타입을 비교하고자 하는 사람의 DNA 타입과 비교하여 그 동일성 여부에 의하여 사람을 식별한다. 친자 확인의 경우는 멘델 유전 측면에서 부모의 DNA 타입과 자식의 DNA 타입을 비교한다.

이하 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1

지문 채취를 위한 테이프

일반적인 종류의 접착제가 도포된 스티커나 테이프를 사용한다. 지문 날인이 용이하도록 테이프에 OHP필름같은 투명한 플라스틱으로 배접(背接)할 수 있다. 접착면은 코팅된 비접착성 보호 테이프로 덮여 사용할 때까지 보존되며 날인 후에 다시 접착면을 덮어 지문이 훼손되지 않도록 한다. 가로 10cm 세로 2.5cm 정도의 크기로 잘라 다섯 칸으로 나누어 각 손가락의 지문을 찍을 수 있도록 할 수 있다(도 1). 도 1에서, 1은 접착면 및 날인된 지문을 보호하기 위한 코팅된 비접착성 종이이며; 2는 접착면이 있는 테이프이고; 3은 날인을 위한 구획을 나타낸다.

실시예 2

지문의 채취, 염색 및 기록

접착성 테이프를 이용하여 새로 지문을 채취하는 경우, 손가락에 잉크나 염색물을 가하지 않고 그대로 테이프의 접착 표면에 수직으로 날인하며 지문의 전면이 찌그러짐이 없도록 손가락을 들지 말고 찍는다. 지문이 날인된 테이프는 0.1-1 % 크리스탈바이올렛 수용액으로 1-30초간 담그어 염색하고 곧 충분한 양의 증류수에 세척한다. 염색으로 보이게 된 지문 패턴은 폴라로이드 카메라 혹은 디지털 카메라 등으로 촬영하거나 혹은 스캐너에 의하여 컴퓨터에 이미지 파일로서 보관한다. 도 2는 테이프에서 날인된 지문을 염색한 것이다.

기존 종이에 날인되어 있는 지문의 경우에도 DNA 추출시 지문이 훼손되기 때문에 미리 사진을 촬영해둔다.

실시예 3

채취된 지문에서 DNA 추출

크리스탈바이올렛은 70 % 에틸알콜에 10초-1분 정도 담궈 제거할 수 있고 혹은, 바로 DNA추출을 위한 처리를 할 수도 있다. 지문이 묻어있는 접착성 테이프를 4 % NaOH에 10분동안 반응시킨 후 미량원심분리기(microcentrifuge)에서 12,000 rpm 속도로 10분 동안 원심 분리한다. 접착성 테이프를 소독된 핀셋으로 제거한 다음 펠렛을 100 μl의 멸균된 증류수로 녹이고 5 % Chelex-100(Bio-Rad사)을 400 μl첨가시켜 55 ℃에서 30 분 동안 보관 후 10분 끓이고 10초 동안 진탕한다. 12,000 rpm에서 5 분 동안 원심분리시켜 새로운 튜브에 상층액을 회수하고 100 % 에탄올(ethanol)을 2 부피, 3M 소듐 아세테이트(sodium acetate)를 1/10부피 가하여 DNA를 상온에서 1시간 가량 침전시킨다. 반응이 끝나면 12,000 rpm으로 30 분동안 원심분리 시키고 펠렛을 70%에탄올로 씻어준다. 에탄올을 증발시킨후 20 μl의 TE(10 mM Tris-HCI, 0.1 mM EDTA, pH8.0)완충액에 녹인다.

실시예 4

추출된 DNA의 PCR 증폭

상기 실시예 3의 방법으로 추출된 주형 DNA를 통상적인 PCR 증폭방법으로 STR D8S306에서 증폭한 후 아가로스 젤로 증폭 정도를 확인하였다. 도 3은 본 발명 인 NaOH를 처리한 것과 통상의 처리 방법에 추출한 DNA의 증폭 정도를 비교한 것이다. 여기서, S는 분자량 표시자이며; 1-4는 통상적인 처리 방법에 전처리로 끓이기를 추가한 것이며; 5-8은 통상적인 처리 방법만을 사용한 것이며; 9-12는 통상적인 처리 방법에 전처리로 NaOH 처리를 추가한 것이다. 통상적인 처리 방법이란 각각 염분, 단백질 분해 효소, 페놀 분획 등의 처리를 한 것이다. 끓이기와 NaOH 처리는 4 반복 처리를 한 실험 결과이다. 그 결과 NaOH 전처리를 하여 DNA를 추출하는 것이 효과적임을 볼 수 있다.

실시예 5

DNA 대립형의 분석

실시예 3에서 추출된 DNA를 PCR 증폭한 후 변성젤 전기영동하여 대립형을 분석하였다. 도 4는 다섯 명의 지문에서 얻어진 DNA의 CSF1PO 좌의 STR을 증폭하여 대립형을 분석한 것이다.

실시예 6

DNA 대립형 비교를 통한 사람 식별

도 5는 지문에서 추출된 DNA로 친자 검사를 한 예이다. 여기서, S는 분자량 표시자이고, F, M, C는 각각 부, 모, 자식의 DNA 대립형으로써 DNA를 D1S80에서 증폭시켜 비교한 것이다. 도 5의 경우 자식의 DNA 대립형은 모두 부 또는 모의 대립형과 일치함으로 친자임을 알 수 있다.

본 발명은 지문에서 바로 DNA를 채취하여 분석하는 것으로써, 종래에 DNA를 혈액이나 구강 세포에서 채취하면서 발생하였던 문제 즉, 혈액이나 구강세포에서 도출된 DNA 프로필과 공여자의 동일성 문제 및 채혈의 불편함을 일거에 해소한다. 특히 친자확인을 위한 검사일 경우 굳이 사진을 촬영할 필요가 없으며 고통스러운 혈액 채취도 필요없다. 검체는 테이프에 찍힌 상태에서 안정하기 때문에 피검사자가 병원이나 검사기관에 직접 출두하여 검체를 공여할 필요가 없으며 원거리에서 단지 지문을 찍어 우편으로 발송하여 검사 서비스를 받을 수 있다.

또한, 주민등록증이나 기타 행정기관에 보존되어 있는 지문을 DNA타이핑에 이용할 수 있게 되었으며, 이미 사망한 사람의 경우도 기존의 방법에 비해 용이하게 DNA타이핑이 가능하게 되었다.

이러한 편의와 확실성은 DNA 타이핑(typing) 검사의 효율을 크게 높이고 보다 많은 수요자들이 타이핑의 혜택을 받을 수 있게 하며 궁극적으로 인건비, 관리비 등의 절감을 통하여 수가를 낮추는데도 기여하게 된다.

Claims (6)

1. 사람의 디옥시리보핵산(Deoxyribonucleic acid : DNA)를 추출하여 DNA 타입을 결정(DNA Typing)하는 방법에 있어서,

   a) 채취된 지문에서 DNA를 추출하는 단계;

   b) 상기 단계 a)에서 추출된 DNA를 중합효소연쇄반응(PCR : polymerase chain reaction)에 의해 증폭하는 단계; 및

   c) 상기 단계 b)의 증폭된 DNA의 대립형을 분석하는 단계

   를 포함하는 DNA 타입 결정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단계 a)의 채취된 지문이 접착성 테이프를 사용하여 채취된 지문인 DNA 타입 결정 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 단계 a)의 채취된 지문이 염색물을 사용하여 종이에 날인된 지문인 DNA 타입 결정 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   NaOH를 이용하여 DNA를 추출하는 DNA 타입 결정 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항 기재의 방법에 의해 결정된 DNA 대립형과 식별하고자 하는 사람의 DNA 대립형을 비교하는 단계를 포함하는

   지문에서 DNA를 추출하여 사람을 식별하는 방법.
6. 지문 채취용 테이프에 있어서,

   a) 상기 테이프에 도포되는 접착제;

   b) 상기 테이프에 배접(背接)하는 플라스틱; 및

   c) 접착제가 도포된 상기 테이프를 덮는, 접착면이 코팅된 비접착성 보호테 이프

   를 포함하는 DNA를 채취하기 위한 지문 채취용 테이프.