머 리 말

   이 책의 편집자 중 한 명이 생물학을 주요 분야로 고려하는 신입생의 지적 경험을 강화하는 방법으로 MinION을 사용했다. “저는 생물학을 전공하고 싶어요. 왜 물리학, 수학 등의 과목을 들어야 하죠?”라고 묻는 학생들이 종종 있다. 이 책은 나노포어 시퀀싱 기술의 기초가 되는 전기에서 생화학, 단백질 구조, 분자 공학, 정보학에 이르기까지 다양한 주제를 설명함으로써 위와 같은 질문을 직접적으로 다루고 있다. 연구과정이 끝날 때쯤, 학생들은 그 과정을 가르치는 교수가 학생이었을 때는 할 수 없었던 새로운 것을 성취했다는 것을 깨닫게 될 것이다. 학생들은 DNA 샘플의 염기서열을 분석하고 생물학적 정보를 이용해 결과를 데이터베이스와 비교함으로써, 어떤 미생물이 실험용 페트리 접시(petri dish)에서 자라고 있는지 알게 되었다.

   이 과정은 성공적이었으나 교과서가 절실했으며 바로 이 책을 쓰는 데 영감이 되었다. 우리는 또한 우리 자신의 경험을 통해 수천 개의 MinION이 전 세계의 연구 실험실에 전달되고 있음을 깨달았지만 나노포어 시퀀싱이 작동하는 방법과 그 이유에 대한 포괄적인 설명은 거의 없었다. 이 책은 나노포어 시퀀싱의 생물 물리학적 기초를 이해하기 위해 초보자에게 필요한 중요한 요소를 다루고 있다. 나노포어 시퀀싱을 수행하는 데 필요한 기초 지식이 너무 광범위하기 때문에 필수적인 각 영역의 전문가를 초대하여 개별 장을 다루고자 하였다. 이 장의 저자는 나노포어 시퀀싱의 숙련된 사용자이자 이 기술을 개발한 다양한 과학자를 포함하므로 이 책은 나노포어 시퀀싱이 작동하는 방식에 대한 전문적인 설명을 충분히 제공할 것이다.

   DNA 또는 RNA 시퀀싱이 필요한 프로젝트를 새로 착수하는 사람은 각각 고유한 장점과 한계가 있는 여러 경쟁 기술이 있으며 자신이 수행하려는 작업에 가장 적합한 것을 선택해야 한다는 사실을 금방 깨닫게 될것이다. 이 책은 나노포어 시퀀싱에 초점을 맞추고 있지만 장점과 한계측면에서 다른 두 가지 방법과 비교할 가치가 있다. 가장 고도로 개발된 현재 기술은 “합성에 의한 시퀀싱”을 기반으로 한다. 예를 들어 Illumina에서 판매하는 기기에서 분석할 DNA의 짧은 단편 수천만 개가 하나의 플로우 셀(a ow cell) 표면에 부착되어 있다. 단편은 DNA 합성을 위한 템플릿(template)이며, 플로우 셀은 중합효소(polymerase)라는 효소와 중합효소의 기질(substrate)인 네 가지 뉴클레오시드 삼인산(nucleoside triphosphates) 중 하나를 포함하는 용액으로 주기적으로 플러시 된다. ATP, TTP, GTP 및 CTP의 네 가지 기질 각각은 형광 염료로 표시한다. 뉴클레오티드가 효소에 의해 템플릿 가닥에 추가된 후 염료의 형광이 이미지화되고 민감한 카메라가 이를 기록한다. 염료는 효소에 의해 절단되어 다음 염기가 추가될 수 있다. 각 주기는 4개의 가능한 뉴클레오티드 중 하나가 추가될 때마다 형광 신호를 보여주며, 이로부터 템플릿의 염기 서열을 추론할 수 있다. 합성에 의한 시퀀싱은 수천만 개의 DNA 단편에서 정보가 병렬로 수집되기 때문에 처리량이 많은 접근 방식이다. 강력한 컴퓨터 분석으로 개별 염기 서열을 DNA를 얻은 원래의 게놈으로 조립하게 되는 것이다.

목  차

1장 나노포어 시퀀싱의 개발

2장 이온 전류

3장 지질과 나노포어

4장 나노포어 구조, 조립 및 감지

5장 헬리카제와 DNA 모터 단백질

6장 다공극 시퀀싱 기기 개발

7장 나노포어 시퀀싱을 위한 DNA 추출 전략

8장 나노포어 시퀀싱을 위한 DNA 및 RNA 분자 공학

9장 나노포어 데이터의 생물정보학 분석

10장 학생을 위한 권장 실습 두 가지