유전자검사의 종류와 방법
Genetic testing: types and methods

질병관리본부 국립보건연구원 생명의과학센터 심혈관·희귀질환과    
  

  질병관리본부 국립보건연구원 생명의과학센터 심혈관·희귀질환과에서는 환자 및 일반 국민들을 위하여 비교적 발생빈도가 낮고 사회적 관심이 적어서 정보를 얻기 어려운 질환에 대하여 최신 질환정보를   교육 자료로 제작하여 배포하고 있다. 각 질환별 전문 의료인들이 질환의 증상, 원인, 진단, 치료와 임상에서 환자들이 자주하는 질문 등을 이해하기 쉽게 작성하였으며, 2006-2009년까지 37권의 교육 자료를 제작, 배포하였다. 2010년에도 선천성 면역결핍질환, 희귀 선천성 심장질환관리, 유전자검사의 종류와 방법 등 3종류의 교육 자료를 발간하였다. 발간된 책자는 전국병원 및 관련기관, 시·군·구 보건소와   한국희귀·난치성질환자연합회에 배포한다. 또한, 모든 교육 자료에 대한 정보는 희귀난치성질환센터   홈페이지 헬프라인(www.helpline.kdca.go.kr)-사이버교육자료실-교육자료에서 볼 수 있으며, 홈페이지 헬프라인-참여마당-사이버 자료 요청에 요청하면 우편으로도 받아 볼 수 있다. 이 글은 2010년 발간한 「유전자검사의 종류와 방법」 책자 중에서 발췌한 내용이다.

  1. 유전자검사란 무엇인가?
  유전자검사(genetic test)의 일반적인 정의는 유전체(genome) 내의 변이 중 유전질환과 관련된 변화를 검출하기 위하여 DNA, RNA, 염색체, 대사물질을 분석하는 것이다. 유전자검사는 유전자를 구성하는 DNA와 RNA를 직접 분석할 수도 있고(direct test), 질병 유전자와 함께 유전되는 유전자형을 통하여 간접적으로 살펴볼 수도 있으며(linkage analysis, 연관분석), 대사산물을 분석하는 생화학적 검사(biochemical test)나 염색체검사(cytogenetic test)로 시행할 수도 있다. 협의의 의미로 흔히 사용하는 유전자검사는 DNA 검사를 지칭하는 경우가 많은데, 이는 DNA라는 분자 수준에서 분석하는 것이므로 분자유전검사(molecular genetic test)라고 하는 것이 더 정확한 용어이다.

  2. 유전자 검사는 어떤 경우에 필요한가?
  ○ 진단적 검사(Diagnostic test)
  증상이 있는 환자에서 의심되는 유전질환을 확진하거나 감별진단을 위해서 시행한다. 단일유전자   질환의 경우에는 분자유전검사가 진단에 매우 중요하며, 일부 질환에서는 분자 진단을 통해 기존의   침습적인 진단 방법을 생략할 수 있다. 한 가지 유전자 검사로 바로 진단이 가능할 수도 있지만, 일반적으로는 해당 질환에 적절한 여러 검사를 통해 진단이 이루어진다.

  ○ 예측적 검사(Predictive test)
  예측적 검사는 현재 증상은 없지만 유전질환의 가족력이 있는 사람에서 질환의 원인이 되는 돌연변이 유무를 알기 위한 검사로서, 증상 전 검사와 소인검사로 분류할 수 있다. 증상 전 검사는 돌연변이가  존재할 경우 발병할 가능성이 확실한 질환, 소인검사는 돌연변이가 존재할 경우 발병 위험도가 높아지는 질환에서의 검사를 의미한다. 예측적 검사의 장점은 발병 전에 분자유전 진단이 가능하기 때문에 예방, 조기 진단, 치료 및 관리에 도움을 주어 질환의 이환율과 사망률을 감소시킬 수 있다는 것이다. 따라서 치료 및 예방법이 있는 질환의 경우는 예측적 검사가 권장된다. 미성년자에 대한 예측적 검사는 증상 발현이 미성년기에 발병하는 질환이 아닌 경우, 부모가 원하더라도 성년 후에 본인이 선택하는 것을  권장한다. 소인검사는 현재 여러 논란이 있고 일부 소수 질환에서 예측도가 인정되고 있으나, 아직은  연구 단계이며, 현재까지 권장되고 있지 않다.

  ○ 보인자 검사(Carrier test)
  보인자는 임상 증상은 거의 없지만 상염색체 열성 또는 X 염색체 열성 유전질환에서 질환의 원인이 되는 유전자 돌연변이를 염색체 한 쌍 중 한 개에서 가지고 있는 사람이나 균형 염색체 재배열을 가진 사람을 일컫는다. 보인자 검사 가족과 친척 중에 유전질환에 이환 되거나 이미 보인자로 진단된 사람이 있는 경우, 또는 특정 유전질환에 대하여 높은 보인자 빈도를 가진 인구집단에서 시행하게 된다.

  ○ 신생아 선별검사(Newborn screening)
  신생아 선별검사는 조기치료로 질환을 예방하거나 질환의 경과를 호전시킬 수 있는 유전질환을 가진 신생아를 발견하기 위해 시행한다. 대사질환이 주요 대상이 되며, 우리나라는 2006년부터 6종(페닐케톤뇨증, 갑상선기능 저하증, 갈락토스혈증, 호모시스틴뇨증, 단풍당뇨증, 선천성 부신과형성증)의 선천성 대사질환에 대한 검사 비용을 국가에서 전액 지원하고 있다.

  ○ 산전 진단검사(Prenatal test)
  산전 진단검사는 임신중의 태아가 특정한 유전적 질환에 이환될 가능성이 높은 경우, 예를 들면, 산모의 나이가 많다든지, 가족력이 있든지, 특정 유전질환의 빈도가 높은 인종이든지, 산전초음파의 이상 소견이나 산전선별검사에서 위가 높게 나온 경우에 시행한다. 대상이 되는 질환에 따라 적절한 유전자 검사를 선택하게 된다. 산전 유전자검사는 임상증상이 위중한 질환을 대상으로 한다.

  ○ 착상전 검사(Preimplantation genetic diagnosis)
  착상전 검사는 체외 수정된 배아에서 1-2개의 세포를 떼어내 특정한 유전적 결함 유무를 검사하여 유전적 결함이 없는 건강한 배아를 자궁에 이식하기 위한 방법이다.

  3. 유전자 검사는 누구를 대상으로 하는가?
  유전자 검사는 유전질환의 증상을 가진 환자가 일차적으로 진단적 검사의 대상이 된다. 환자가 유전자 검사를 통해 특정 유전질환을 가진 것으로 진단되면, 환자의 부모, 형제, 자녀, 태아 등 가족과 친척이 보인자 검사, 예측적 검사, 산전검사, 또는 진단적 검사의 대상이 될 수 있다. 가족 내에 분자유전 검사로 확진된 환자가 없더라도 특징적인 유전질환의 가족력이 있으면 예측적 검사, 산전검사, 보인자 검사를 시행할 수 있

  4. 유전자 검사는 어떤 검체가 적절한가?
  유전자 검사는 인간의 DNA, RNA, 염색체, 대사물질을 분석하는 것이다. 모자이시즘 현상을 제외하고는 인체 내의 모든 세포는 유전적으로 동일하게 구성되어 있다는 전제하에 분자유전 검사는 인체의 어떤 조직으로도 검사가 가능하지만, 가장 쉽게 채취할 수 있는 검체는 혈액이다. 일반적인 분자유전검사는 EDTA 항응고제를 처리한 혈액으로부터 DNA를 추출하여 사용한다. RNA 분석이 필요한 경우에는 분석하려는 유전자가 발현하는 조직을 채취하여야 한다. 산전검사는 임신 시기에 따라 융모막 융모, 양수, 제대혈 등 적절한 검체가 필요하다. 대사산물을 분석하는 생화학적 검사는 대사물질의 존재를 잘 반영하는 검체를 필요로 한다.

  5. 유전자 검사는 어떤 방법들이 있는가?
  유전자 검사는 DNA 수준에서의 돌연변이, 유전체의 구조적 이상, 염색체의 이상, 대사산물의 변화 등을
검출하는 것이며, 목적과 대상에 따라 다양한 검사 방법들이 있지만, 협의의 의미에서 유전자검사라고 일컫는 DNA 검사, 즉 분자유전검사에 대한 방법을 소개하고자 한다.

  ○ 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction; PCR)
  PCR의 원리는 이중나선의 DNA에 열을 가하여 단일가닥으로 만든 다음(denature), 1쌍의 시발체를 결합 시키고(primer annealing), 시발체를 기점으로 DNA 중합효소가 DNA에 상보적인 염기를 합성하여 다시 두 가닥의 DNA를 만들게 된다(extension). 이와 같은 과정을 반복하면서 PCR 산물이 만들어지는데, PCR 주기에 비례하여 기하급수적으로 합성된다(Figure 1). 30-40회의 PCR 주기를 반복하면 230-40배의 DNA가 증폭되므로, 소량의 DNA로부터 염기순서가 동일한 많은 양의 DNA를 증폭할 수 있다. PCR은 DNA를 조작하는 검사방법의 대부분에서 사용되는 가장 기본적인 기법이다.

  ○ 유전자 염기서열 검사
  유전자 염기서열 검사 기법은 1975년 F. Sanger 등이 개발한 dideoxy chain-termination 원리의  효소반응법이 보편적으이용되고 있다. 현재는 이 Sanger 방법을 바탕으로 형광 표지자와 모세관   전기영동 기반의 자동화된 염기서열 검사기가 일반화되어 있다(Figure 2). 최근에는 유전체 전체의   염기서열을 동시에 분석하는 전장유전체 염기서열 검사(whole genome sequencing)의 기법들이 계속 개발되고 있다. 염기서열의 변이가 원인인 유전질환에서는 그 유전자에 대한 염기서열 검사를 시행하면 유전자 돌연변이를 찾아낼 수 있다.

  ○ 마이크로어레이 검사(Microarray test)
  마이크로어레이 기술은 핵산부합 원리를 기본으로 하여, 수천 내지 수만 개의 유전자를 한꺼번에   분석할 수 있다. 작은 슬라이드 위에 수많은 합성 DNA 조각(탐색자)을 미세하게 집적시킨 것을 올리고뉴클레오티드 마이크로어레이(oligonucleotide microarray) 또는 DNA 칩(DNA chip)이라고 한다. 분석하고자 하는 환자 검체의 DNA 조각을 형광으로 표지한 후 DNA 칩에 반응시키면 상보적인 염기순서의 탐색자와 부합이 이루어지고 이를 레이저 빛으로 스캔하여 분석하게 된다(Figure 3). 올리고뉴클레오티드 마이크로어레이는 유전자의 돌연변이검색, 유전형분석, 유전체분석 등, 기초연구와 임상의학 분야에서 활용되고 있다. 특히 유전체의 양적 변이를 분석할 수 있는 염색체 마이크로어레이 기법은 고식적인  염색체 핵형 분석 해상도의 한계를 극복할 수 있고 유전체 전체에서 임상적으로 중요한 유전체 변이를 검출할 수 있기 때문에 유용한 진단 검사법으로서 임상 검사실로 도입되고 있다.

  6. 유전자검사에서 윤리적, 법적, 사회적으로 고려할 사항은 무엇인가?
  2003년도에 인간유전체프로젝트가 완결되었고, 유전체 관련 지식이 의료에 이용되기 시작하면서 분자유전검사가 유전질환 환자에서 진단적 검사로 매우 유용하게 자리잡고 있다. 그러나 분자유전검사의  정확성과 편리성이라는 장점과 함께 기존 의료 환경에서는 볼 수 없었던 문제점이 제기되고 있고, 특히 다음 사항들에 대한 고려가 필요하다.

  ○ 유전자검사 전과 후의 유전상담 및 동의서
  유전자검사를 시행하기 전에 환자와 보호자에게 유전질환 및 유전자검사의 시행목적과 중요성에 대해 이해할 수 있는 설명을 하고 이를 인지한 검사 동의서(informed consent)를 받아야 한다. 유전자검사 후에는 검사결과에 대한 설명, 필요한 추가검사, 진단, 치료, 가족에 대한 검사까지 포괄적인 유전상담이 이행되어야 한다.

  ○ 진단적 검사로서 적절한 이용
  과학적, 의학적, 기술적, 윤리적인 면이 충분히 검토된 유전자검사인 경우, 의료진의 교육을 통해 유전질환 환자들의 진단과 치료에 적절하게 활용될 수 있도록 해야 한다.

  ○ 환자 가족에서의 예측적 검사
  - 증상 전 검사는 치료법 및 예방법이 있는 경우에는 검사를 적극적으로 권장해야 하나, 치료법이  없고 늦은 성인기에 발병하는 질환의
    경우는 엄밀한 윤리적 규정이 적용되어야 한다.
  - 보인자 검사는 미성년자 가족에서는 의학적 및 윤리적 검토가 필요하다.
  - 산전진단은 의학적으로 위중한 경우로 제한한다.

  ○ 일반인에서 예측적 검사
  일반인에서 예측적 검사는 경제적 이익으로 인해 오남용될 수 있는 소지가 매우 높아서 가장 많은  윤리적 문제를 내포하고 있다. 복합유전질환에서 예측적 검사는 개인별 맞춤 예방의학의 모델이 되고 있으나, 적용할 만한 적절한 표지자가 많지 않고, 질병관련 SNP는 검사로서 적용하기 전에 임상적 의의에 대한 증거가 분석 평가되어야 하는데, 이에 대한 자료가 충분하지 않다.
  단일유전자질환 중 질병관련 대립 유전자의 빈도가 높은 경우 일반인에 대한 검사를 고려할 수 있으나, 아직은 유병률과 검사의 효율성에 대한 연구가 더 필요하다.
  질병과 상관 없는 인간의 형질, 즉 성격이나 신장 등에 대해 일부 유전자검사를 오남용 하는 경우가 있다. 이러한 잘못된 검사가 허용되어서는 안되며 철저한 감독이 필요하다.

  ○ 사회적 문제점들
  요즘은 인터넷을 비롯한 다양한 매체를 통해 의학정보와 유전정보를 쉽게 접할 수 있다. 그러나 이러한 정보들 중에는 비전문가가 작성한 잘못된 정보가 많이 있다는 점을 알고 있어야 하며, 정확한 정보를 이용할 수 있도록 홍보가 필요하다. 예전에는 의료기관이나 전문가를 통해서 검사가 이루어졌으나, 이제는 인터넷 등을 통해 직접 회사와 소비자가 연결되고 있다. 이러한 경우 근거가 없는 유전자검사와 건강관련 식품, 약물 등을 판매하며 일반인들을 오도하고 있다. 비과학적인 유전자검사와 유전정보를 이용한 판매 행위는 법적 통제가 필요하다. 최근 미국에서도 이에 대한 사회적 문제로 인해 법적 통제를 강화하거나 규제 방안을 신설 하는 것에 대한 논의가 활발하다. 유전정보를 보험이나 취직 등에 이용하는 것은 엄격한 검토가 필요하며, 인종차별이나 우생학적 이용은 절대 금지되어야 한다.

Ⅳ. 참고문헌

1. 진단검사의학 완전개정판 제4판. 대한진단검사의학회편
2. GeneTests.Educationalmaterials.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/GeneTests/?db=GeneTests
3. Principles and practice of medical genetics 5th ed.