고려대 생명공학부 박희호 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 성창민 박사 연구팀을 비롯한 국민대·서울대 연구진과 공동으로, 고감도 유전자·세포 도핑 분석 기술 HiMDA(High-throughput Multiplexed gene and cell Doping Analysis)를 개발했다. 이를 통해 기존 단백질 기반 분석의 한계를 극복하고 차세대 통합 감시 기술의 가능성을 제시했다.

본 연구 성과는 융합 과학(Multidisciplinary Sciences) 분야의 SCIE급 국제 저명 학술지 'Science Advances(IF=12.5, JCR 상위 8.5%)' 온라인에 지난 9일(수) 게재됐다.

최근 유전자 및 세포 치료 기술의 발전에 따라, 이를 경기력 향상에 악용하는 이른바 유전자·세포 도핑이 스포츠계를 위협하고 있다. 세계반도핑기구(WADA)는 지난 2021년 유전자 도핑 분석 가이드라인을 발표했지만, 도핑 유전자가 발현한 단백질은 내인성 단백질과 구조적으로 동일해, 기존 단백질 기반 분석법으로는 탐지가 어렵고 검출 시간도 오래 걸린다는 한계가 있다. 이에 따라, 유전자 수준에서 검출 가능한 분석 플랫폼의 필요성이 제기돼 왔다.
*내인성 단백질: 생체 내에서 자연적으로 생성되는 단백질

이에 공동연구팀은 DNA를 별도로 추출하지 않고 혈액 내 도핑 유전자를 직접 증폭할 수 있는 blood direct PCR 기술과 목표 유전자를 인식해 형광으로 검출하는 CRISPR-Cas12a 시스템을 융합한 HiMDA 플랫폼을 개발했다. 특히, 유전자 단편의 절단 패턴을 기반으로 한 이중 검증 절차를 적용해 분석의 신뢰도를 높였다.
*유전자 단편 절단 패턴: 유전자가 특정 효소에 의해 잘릴 때 나타나는 고유한 절단 양상

특히, 공동연구팀은 유전자·세포 도핑이 실제 생체 환경에서 어떻게 나타나는지 확인하기 위해 도핑 유전자를 탑재한 플라스미드와 도핑 세포를 실험동물에 직접 주입해 생체 내 도핑 상황을 구현했다. 기존 도핑 분석이 단백질 수준에서 이뤄졌던 것과 달리, 본 연구는 생체 내 도핑 모델을 구현하고 검출 실험까지 수행했다는 점에서 학술적 가치가 있다.
*플라스미드: 유전자 전달 및 발현을 위해 사용되는 고리형 DNA 분자 운반체 

나아가 공동연구팀은 이러한 생체 도핑 모델을 활용해, 단 5 마이크로리터(μL)의 극소량 혈액으로 4종의 도핑 유전자를 90분 이내 동시 검출하고, 체내 주입 후 최대 84시간이 지난 시점에서도 도핑 유전자 검출이 가능함을 입증했다. 이는 기존 분석법 대비 4배 이상 향상된 민감도를 보여주며, △장기 추적 △정밀 분석 △다중 표적 감시에 모두 적용 가능한 실효성 높은 기술임을 증명했다. 해당 플랫폼은 향후 유전자·세포 치료 기술의 오용 감시 및 새로운 국제 도핑 규제 기준 마련에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

고려대 박희호 교수는 "이번 연구는 유전자·세포 기반 도핑을 생체 내에서 실제로 구현하고, 이를 고감도로 검출할 수 있음을 실험적으로 입증한 사례"라며 "기존 단백질 중심의 도핑 감시 체계를 넘어, 진화하는 유전자·세포 기반 도핑 기술에 대응 가능한 새로운 분석 기준을 제시한 데 의미가 있다"고 설명했다. 이어 "도핑 기술의 현실성과 분석 기술의 적용 가능성을 함께 검증해, 향후 비의도적 유전자·세포 기반 도핑 사용 감시나 장기 추적 분석 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

한편, 본 연구는 △과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구실(BRL) △농림축산식품부 고부가가치식품기술개발사업 △해양수산부 대체해조육 및 수산배양육 기술개발연구사업의 지원을 받아 수행됐다.