중합효소 연쇄 반응인 Polymerase Chain Reaction 블록체인 기술 메디블록

위키백과를 보면 중합효소 연쇄 반응(영어: Polymerase Chain Reaction, PCR)은 DNA의 원하는 부분을 복제·증폭시키는 분자생물학적인 기술이다. 이 기술은 사람의 게놈과 같은 매우 복잡하며 양이 지극히 미량인 DNA 용액에서 연구자가 원하는 특정 DNA 단편만을 선택적으로 증폭시킬 수 있다. 또한 증폭에 필요한 시간이 2시간 정도로 짧으며, 실험 과정이 단순하고, 전자동 기계로 증폭할 수 있기 때문에, PCR과 여기서 파생한 여러가지 기술은 분자생물학, 의료, 범죄 수사, 생물의 분류 등 DNA를 취급하는 작업 전반에서 지극히 중요한 역할을 담당하고 있다. 1984년에 캐리 멀리스가 특정 DNA 서열을 증폭하기 위한 방법을 고안하여 중합효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction)이라고 불렀다. 1985년에 중합효소를 클레나우 중합효소(Klenow polymerase)로 사용하는 PCR이 처음 공식적으로 발표됐다. 클레나우 중합효소는 열에 약했기 때문에 매 주기마다 효소를 새로 넣어 주어야 했고 생성물의 최대 길이는 400bp에 불과했다. 1988년에 DNA 중합효소로 Thermophilus aquaticus라는 미생물(극 호열균)의 DNA 중합효소인 Taq를 사용한 논문이 발행되었다. 열에 강한 이 중합효소는 PCR의 효율을 월등히 끌어올렸다. PCR에는 일련의 세 개의 단계가 있고 30~40회 정도 반복된다. PCR의 첫 번째 단계는 DNA를 변성(Denaturation)시키는 것이다. 두 가닥의 DNA는 가열함으로써 분리시킬 수 있다. 분리된 각각의 DNA는 주형(Template)으로서 역할을 하게 된다. 변성 온도는 DNA 내에 있는 G+C의 양과 DNA의 길이에 따라 달라진다. PCR의 두 번째 단계는 결합(Annealing)이다. 이 단계에서는 프라이머(Primer)들이 주형 DNA에 결합을 하게 된다. 결합(Annealing) 온도는 반응의 정확성을 결정하는 중요한 요소인데 만약 온도를 너무 높게 하면 프라이머가 주형 DNA에 너무 약하게 결합되어서 증폭된 DNA의 산물이 매우 적어진다. 또 만약 온도를 너무 낮게 하면 프라이머가 비특이적으로 결합하기 때문에 원하지 않는 DNA가 증폭될 수 있다. PCR의 세 번째 단계는 신장(Elongation)단계이다. 이 단계에서 열에 강한 DNA 중합효소가 주형 DNA에서 새로운 DNA를 만들게 된다. PCR은 DNA, RNA 그리고 단백질 수준의 PCR로 나뉠 수 있다. 보통 유전자를 얻는 실험을 할 경우, 그 유전자의 전체를 보려는 것이 아닌 유전자 안에서의 특정 유전자를 관찰하는 것이 목적이다. 하지만 DNA를 바로 PCR하게 되면 특정 유전자를 얻기 힘들고 진핵 생물의 경우, 인트론(Intron; 비발현부위)이 같이 나오는 등 여러 가지 문제점이 있다. 그것을 해결하기 위해 특정 유전자에 프라이머를 붙인 다음, PCR을 DNA수준이 아닌 RNA나 단백질 수준에서 하는 역전사-PCR(RT(Reverse Transcriptase)-PCR)이 있다. 요즘에는 반응의 결과를 극대화하기 위해 Taq 중합효소 뿐만 아니라 여러 회사들에서 독자적으로 개발한 복합효소를 사용하기도 한다.

2016년 6월 뉴스에 따르면 용산서에는 2011년과 2012년 발생한 성폭행 사건 2건이 미제로 남아 있었다. 경찰은 이 역시 이씨 소행일 개연성을 염두에 뒀다. 이번 사건 피해자에게서 채취한 검사물 DNA가 미제사건 2건의 DNA와 동일하다는 결과가 나왔기 때문이다. 이번 사건 범인이 이씨라는 사실만 확인되면 나머지 2건은 자연히 해결된다.
검거 다음날 첫 피의자 신문이 시작됐다. 이씨는 아무것도 인정하지 않았다. 사건 발생 지역에는 아예 간 적도 없다고 했다. CCTV 영상을 들이미니 "이 사람은 내가 아니다"라며 버텼다. 형사들이 쓰는 말로 '부인 조서'가 작성됐다. 경찰은 이씨의 구강 상피세포를 채취해 국립과학수사연구원에 긴급 감정을 의뢰했다. 사건 현장 DNA 감정은 이미 끝난 상태였으니 이씨 자신의 DNA와 일치한다면 상황은 끝이었다. 어떤 식으로 부인하려 한들 부인할 수 없었다.
만 하루가 지나기도 전 국과수에서 전화로 회신이 왔다. "일치합니다." 강력 2팀이 바빠졌다. 검찰에 국과수 회신 내용을 급히 알리며 구속영장을 신청했다. 영장은 즉각 법원에 청구됐고, 구속 전 피의자심문(영장실질심사) 기일이 잡혔다.
영장실질심사 당일 아침, 국과수에서 문서로 감정 결과가 도착했다. 형사들은 감정 결과서를 영장담당 판사에게 제출했다. 그날 밤, 이씨의 구속영장이 발부됐다. 발뺌으로 일관한 조서를 DNA라는 확실한 증거가 압도한 결과였다. 2011년과 2012년 발생한 미제사건 2건도 자신의 소행임을 인정했다. 신문을 마친 형사가 마지막으로 물었다. "이상의 진술은 모두 사실인가요?" 이씨는 대답했다. "네. 사실입니다."
DNA는 현장에서 채취된 극히 적은 양의 시료에서도 검출할 수 있다. 실제 한국 국과수도 중합효소 연쇄반응(PCR)을 이용, 1ng(나노그램)의 DNA를 증폭해 감정하는 기법을 쓰고 있다. 1ng은 1ｇ의 –9제곱으로 극미량이다.

만약 중합효소 연쇄반응이 일찍 도입이 되었다면 살인의 추억의 화성 연쇄 살인 사건등 영구 미제 사건도 일찍 해결되었을 확률이 높다. PCR법에 대한 발상은 1983년에 캐리 멀리스(K. Mullis)에게서 처음 나왔다. 그는 초창기 생명공학 회사였던 시터스(Cetus)의 연구원이었으며 우연히 PCR법을 고안해서 발표하게 된다. 처음 멀리스는 여러 저명한 과학 저널에 PCR법을 투고했으나 채택되지 않았고 실제로 논문은 1987년에 처음 게재된다. 시터스사는 중합효소의 종류를 바꾸는 등, 해당 기술을 개량하고 발전시켜 큰 성공을 거두게 되지만 이후 PCR 기술 자체가 뒤퐁(DuPont)사나 로슈(Roche)사, 프로메가(Promega)사가 연관된 여러 특허 분쟁을 일으키게 된다. 현재는 1992년에 특허권을 획득한 제약 회사 로슈사에 PCR법의 특허가 있다. 개발자 멀리스는 PCR법을 고안한 공로로 1993년 노벨 화학상을 수상한다. 현재는 PCR법도 더욱 다양한 응용 기술이 개발되었다. 이러한 응용 기술로는 역전사 효소를 이용해서 RNA를 직접 증폭시키는 역전사-PCR이 대표적이며, 이외에도 형광 물질을 붙여서 PCR을 진행하며 관측되는 정량적인 변화를 이용하여 원래 DNA나 RNA의 양을 정확히 측정하는 정량적 PCR(qPCR) 또는 실시간 PCR(Real time PCR), 한번에 수많은 PCR을 동시에 시행하는 대용량 PCR 같은 여러 방법이 있다.
PCR법은 현재 생물학에서 쓰이지 않는 곳이 없다고 해도 과언이 아닐 정도로 광범위하게 사용되는 기술이다. 또한 근래 과학 수사나 친자 감별 등에 자주 이용되는 DNA 지문 분석(DNA fingerprinting) 역시 PCR법을 이용해서 이루어진다. 생물학에서는 여러 유전병을 판별하기 위해서 인간 유전학에서 사용하는 경우가 있으며, 오래된 고생물이나 멸종 생물의 희소 DNA를 증폭하기 위해서도 이용된다. 분류학에서도 종 간의 DNA 비교를 위해 PCR법을 널리 이용하고 있으며, 분자생물학에서는 DNA나 RNA를 다루기 위해서 반드시 이용되는 매우 중요한 기술로 받아들여지고 있다.

중합효소 연쇄 반응에 대해서 구체적으로 필자에게 묻는다면 필자는 문과출신이기 때문에 문송[문과라서 죄송]이라고 말해주고 싶다. 오히려 영어 Polymerase Chain Reaction인 PCR이 유명한데 여기에 체인 리액션이란 말이 등장한다.
필자는 체인 하면 블록체인 기술이 생각난다. PCR 방법이 등장해 생물학이나 범죄수사에 혁혁한 공로를 세웠듯이 블록체인 기술도 한번 코딩된 내용은 완전범죄가 반드시 잡히듯 빼도 박도 못하는 고치지 못하는 기술이다.
탈중앙화된 분산화된 장부이므로 해킹에 취약한 보안문제도 해결한다. 그런데 살인사건 범인을 잡는데 있어서는 첫째 부검을 통해서 시신이 왜 사망을 했는지 死因사인의 sign사인을 밝히는 것이 무척 중요하다.
부검의가 원래 환자의 의료정보가 없기 때문에 원래 심장 질환이 있어서 돌연사가 가능했었는지, 자살을 했다면 우울증이 있어서 항우울증 약을 먹고 있는지 등 병력이나 약물, 과거력 파악이 어려운데 사실 부검을 해도 100% 완전히 사인을 밝혀내지 못하고 몇가지 추정만할수 있는 상태이다.
이 문제를 해결할수 있는 블록체인 기술이 있다면 믿겠는가? 바로 메디블록에서 만든 기술을 쓰면 된다. 환자 개인 정보를 각자 개인이 접근이 편리하게 만들고 또 분산화되고 암호를 사용해서 쉽게 해킹이나 위변조가 어렵게 만든다.
특히 의사나 한의사가 환자치료 과정에서 환자의 지난 과거의 병력이나 기타 의료기관에서 약이나 처치, 수술을 받았는지 여부를 모르는 상태에서 치료를 하는 것은 위험천만한 행위이다. 약물도 서로 방해를 할수 있고, 또 중복 약물 투여나 기타 아나필락시스 쇼크로 사망할수도 있는 알러지에 대한 정보도 모르기 때문이다. 즉 현재 의사들은 눈을 가리고 검을 휘두르는 검객과도 같은 처지이다.
이런 치료의 문제도 블록체인 기술인 메디블록이 하루빨리 개발되어서 해결이 가능했으면 한다.