[김종열 교수의 법치의학 X파일]상아질 미토콘드리아 풍부 식별 용이

2008.09.15 00:00:00


다음은 유전자 감식면에서 법치의학적 시료로써의 치아에 대해 언급하고자 한다.
유해의 개인식별은 인류학적방법, 치아구조를 이용하는 방법, 그리고 DNA를 기반으로 하는 유전자검사방법 등을 통해 이뤄질 수 있다.
이 가운데 DNA에 기반한 방법은 때로는 다른 방법을 적용하기 곤란한 시료의 경우에도 적용될 수 있어 유용성이 크다.


유해에서의 유전자 분석은 주로 뼈나 치아에서 얻을 수 있는 DNA로부터 이뤄진다. 특히 치아는 생체조직 중 파괴에 대한 저항력이 가장 강해 부패 등 사후 변화에도 연조직은 물론 골조직까지 풍화돼 일부만 잔존한 경우에도 그 특징이 남아있고 치아의 법랑질이 DNA를 분해시키는 유해한 환경, 즉 습기, 고온, 곰팡이와 세균의 작용 등에 대한 저항력을 높여주므로 DNA를 이용한 법치의학적 개인식별에 자주 이용돼 왔다. 유전자 분석은 핵 DNA에 존재하는 몇 가지 짧은 연쇄반복(STR)또는 미토콘드리아 DNA의 특정부위를 중합효소연쇄반응(PCR)을 통해 증폭하고 그것의 반복구조나 염기서열을 분석하는 방법으로 수행된다.


이중 미토콘드리아 DNA 분석방법은 핵 DNA에 비해 분해가 많이 진행된 시료에서 극소량의 DNA만이 존재할 경우에도 분석이 가능한 장점이 있으며, 이는 하나의 세포가 평균 수백에서 수천개의 미토콘드리아를 포함하고 DNA를 포함하기 때문이다.


실제로 미토콘드리아 DNA의 염기서열 분석에 의한 법의학적 개인식별은 오래된 유해의 개인식별에 있어서 매우 강력한 도구가 됐으며 하와이 미군 중앙 신원식별 연구소(The United States Army Central Identification Laboratory Hawaii; CILHI)나 미군 DNA 식별 연구소(The Armed Forces DNA Identification Laboratory;AFDIL)에서는 미토콘드리아 DNA 검사를 기본적으로 수행하고 있다.
문헌상의 보고에 의하면 미국의 경우 제2차 세계대전과 베트남전 및 한국전, 월남전 등지에서 전사해 수습된 자국 군인 유해의 85~90%에서 미토콘드리아 DNA의 염기서열 분석이 가능했다고 한다.
치아는 그 형태와 크기가 각기 다르나 조직학적인 구조는 유사하다. 치수와 상아질은 동일한 구조적, 발생학적, 기능적 단위를 이루며 상아질은 망상조직으로서 미토콘드리아가 풍부하므로 이를 대상으로 하는 미토콘드리아 DNA의 분석이 용이하다.
치아의 상아질, 시멘트질과 같이 무기물화된 조직으로부터 DNA를 추출하기 위해서는 우선 치과용 드릴과 액체 질소를 이용해 단단한 치아를 분말로 만든 후 무기물화된 조직 내부의 세포구조로 접근하기 위해 EDTA(Ethylene Diamine Tetra Acetic)를 이용하는 석회질 제거 단계를 거쳐야 한다.


또한 대부분의 법치의학적 시료는 짧은 연쇄반복의 다중반응 유전자검사(multiplex STR genotyping)가 수행될 수 있을 만큼의 충분한 양의 DNA를 추출하기가 어렵고 종종 추출한 DNA 용액은 중합효소연쇄반응이 이뤄지지 않도록 하는 억제제를 포함하고 있어서 적절한 양의 분석대상 DNA의 증폭산물을 얻기 위해서는 억제제를 희석시키거나 상업적 추출 도구를 이용해 제거하는 방법을 적용해야 한다.


오래되고 손상된 치아는 매우 제한된 양의 DNA를 포함하고 있으므로 추출한 DNA 용액을 희석함으로써 억제제를 희석하는 방법보다는 상업적 추출도구를 사용해 이를 제거하는 것이 더 바람직하다. 상업적 추출도구로는 주로 실리카막을 이용한 QIA-quickTM spincolumn(Qiagen, Hilden, Germany)을 사용하는데, 이것은 100~1000 bp의 DNA에 선택적으로 결합해서 단백질, 염 등을 포함하는 중합효소연쇄반응의 억제제와 치아 추출액에서 보이는 갈색 색소를 제거한다.


또한 이렇게 DNA의 농도가 매우 낮을 경우에는 유전자 분석에 이용되는 중합효소연쇄반응에서 프라이머의 이합체(primer-dimer)가 빈번하게 나타나 이것이 중합효소연쇄반응의 주형(template)으로 대신 사용돼 원하는 부위의 증폭산물을 얻지 못하게 될 수도 있다. 이러한 문제점을 완화하기 위해 사용되는 것이 ‘hot start’ Taq DNA 중합효소이다. 이런 종류의 DNA 중합효소

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