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▲ 황춘홍 대표
(주)다우진유전자연구소
말 산업은 산업적 성장가치가 매우 크며 비약적 발전이 기대되는 산업 분야로서 현재 여러 지방자치단체에서 말 생산이나 승마보급 등 국가 경제 활성화를 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
서러브레드종은 경주마로 가장 많이 활용되고 있다.
이러한 서러브레드종의 탁월한 유전적 영향력을 이용하기 위해서는 우수한 암수 마의 선대에 대한 지식이 필요하다.
또한 경주마 생산자의 경우에는 우수한 혈통을 지닌 경주마들의 유전자 요소들을 강화시키고 개량하여 최상급의 스피드 또는 스태미나에 필수적인 유전자형을 유전할 수 있는 우수한 씨수말과 씨암말에 대한 지식을 확보하는 것이 필요하다.
하지만 씨수말의 유전적 우수성을 확인할 수 있는 유전자 마커에 대한 연구는 많이 이뤄져 있는 반면, 씨암말의 선택 기준은 출산한 자마의 경주능력, 표현형 기록을 근거로 추정하는 고전적인 경주마 선발방법 즉 유전통계적인 방법(Dosage, Nicking, BLUP trotting 지수등)에 주로 의존해 왔다.
최근 세포 내 존재하는 미토콘드리아 DNA의 특정 유전자 타입이 운동능력과 관련이 있다고 보고됨에 따라 미토콘드리아 DNA에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
미토콘드리아 DNA는 모계로 유전되는 특성을 지니고 있으며, 세포호흡과 관련하여 에너지 공급에 매우 중요한 ATP를 생성하는데, 특히 미토콘드리아 DNA는 근육 세포에 많이 존재하기 때문에 경주마의 스피드와 지구력이 세포호흡과 에너지원 생성에 관여하는 미토콘드리아 DNA와 연관성이 매우 높을 것으로 예상된다.
따라서 우수한 우승마들은 모마로부터 우수한 유전 형질을 물려받을 가능성이 높기 때문에 우수한 경주마 생산을 위해서는 모계로 유전되는 미토콘드리아 DNA의 연구가 매우 중요하다고 하겠다.
기존의 미토콘드리아 DNA의 SNP 분석에는 Sequencing 염기서열분석 방법이 주로 사용되었으나, 시간과 비용이 많이 소요되고 분석방법에 번거로움이 있어 대량의 시료를 분석하는 데에 많은 어려움이 있다.
본 기술은 경주마의 미토콘드리아 DNA 분석을 통하여 우수한 모계혈통의 정립과 운동능력과의 연관성을 예측할 수 있는 16개 mtSNP marker로 구성된 다중증폭Single Base Extention(SBE) 프라이머의 조합 기술로서, “말의 모계혈통 신속분석을 위한 다중증폭 PCR 프라이머 및 반응 시약 제조 기술”이다.
본 기술은 우수한 씨수말과 우승마를 배출한 모계혈통을 가진 씨암말의 과학적인 선택 기준이 되며, 유전자 정보를 통해 어떤 자마가 부모마로부터 가장 우수한 유전자를 물려받았는지 알 수 있어 본 기술을 활용하여 우수한 경주마 생산 및 관리의 체계적 확립이 가능한 과학적인 유전자 관리 시스템 구축 및 우수한 경주마 배출을 위한 교배 프로그램 개발도 가능하다.
또한 본 기술은 경주마의 모계혈통 확립과 운동능력을 예측하는 표준화된 검사 방법으로 활용이 가능하며, 이를 통해 우수한 경주마의 지속적인 생산과 유전적으로 뛰어난 모계혈통 관리 및 유지를 할 수 있다.
또한 미토콘드리아 DNA 분석을 통하여 우수한 경주마 생산을 위한 씨암말의 모계혈통 정립 및 운동능력과 연관성 있는 SNP marker 개발 기술을 통해 경주마의 우수한 모계혈통 정립과 운동능력의 연관성 예측 또한 가능하다.
따라서 본 기술은 향후 마사회는 물론 지역 단위의 말 산업에 적극 활용하여 모계혈통 확인 및 운동능력 예측에 의한 우수 육종체계의 발전 및 동물들의 질병예방, 진단, 치료 등 여러 연구 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
개발 기술의 특성
말의 모계혈통 신속분석을 위한 다중 PCR 프라이머 조합 제조기술
본 기술은 말의 모계혈통 신속분석을 위한 다중 PCR 프라이머 조합 제조 기술로서 크게 3가지 대표적인 특성을 가진다.
첫째, 기존 1개의 SNP 분석이 가능한 Sanger sequencing 기술과 차별화된 16개의 SNP가 각 마커 간의 간섭현상 없이 한 번의 시험으로 동시에 분석이 가능한 16 mtSNP multiplex PCR 프라이머 조합 제작기술이다.
둘째, 경주마의 희귀 유전자형을 고려하여 정확한 유전자분석이 가능한 프라이머 디자인 기술이다.
셋째, 현재 국내외 제시된 바 없는 모계혈통 확인이 가능한 16개 SNP 마커를 한 번에 분석할 수 있는 다중증폭 시스템 기술이다.
말의 모계혈통 신속분석을 위한 반응 시약 공정개선 기술
본 기술은 말의 모계혈통 신속분석을 위한 반응 시약 공정개선 기술이다.
16개 SNP 마커의 정확한 분석이 가능한 반응 시약 개발 기술로서 각 유전자 좌위 간의 간섭 현상 없이 16개 프라이머에 대한 다중 증폭이 가능한 유전자분석 기술이다.
또한 0.2ng 미량의 DNA에서도 분석이 가능한 민감도가 높으며, 손상된 DNA와 inhibitor에서도 유전자분석이 가능한 다중 PCR 효율이 높은 기술이다.
말의 모계혈통 신속분석을 위한 시스템 검증 기술
본 기술은 말의 모계혈통 신속분석을 위한 시스템 검증 기술로서 16개 SNP 마커 분석을 통해 8개의 하플로그룹 분석 및 경주마의 우수한 모계혈통 정립이 가능하다.
또한 본 기술을 활용하여 모마와 자마 간에 16개 SNP 마커 분석으로 모계혈통 관계가 성립되는지도 검증할 수 있으며, 우수 모계혈통 분석을 통한 씨암말의 능력과 자손전달 능력 동시 분석도 가능하다.
기존 기술과의 차별성
말의 모계혈통 분석을 위한 미토콘드리아 DNA 분석은 기존의 Sanger sequencing 염기서열 분석방법에 의해 SNP를 확인하는 방법으로 수행되고 있지만 경주마의 우수한 모계혈통의 정립이 가능하고 운동능력의 연관성을 예측할 수 있는 마커 개발은 현재 전무한 상태이다.
하지만 본 기술은 미토콘드리아 DNA 분석을 통하여 우수한 경주마 생산을 위한 씨암말의 모계혈통 정립 및 운동능력과의 연관성을 알 수 있으며, 기존의 분석방법의 번거로움과 시간 및 많은 비용 소요, 대량 시료의 분석 어려움 등 많은 단점을 근원적으로 해결한 기술이다.
기존 유사 기술인 StockMarks(R) Horse Genotyping System 기술은 말의 개체식별과 친자감별을 위해 Genomic DNA상의 1~6bp의단순 염기서열이 반복되는 마커인 MS(Microsatelite) marker를 사용한 기술로서, DNA 분석 키트를 미국(Life Technologies)에서 전 세계를 대상으로 독점적으로 제조, 판매, 상용화하여 말의 혈통을 등록할 수 있다.
현재, 말의 혈통 분석을 위하여 씨수말의 친자감정 및 혈통등록의 유전자 감정을 시행하는 데 있어서 표준화된 검사 방법 및 상용화된 제품은 있지만, 국내외에서는 경주마의 미토콘드리아 DNA 분석을 통한 모계혈통 및 운동능력 확인이 가능한 유전자분석 관련 기술 및 제품이 없으며, 국내 특허출원 및 등록된 내용도 없고 연구도 미비한 실정이다.
㈜다우진유전자연구소(이하 다우진유전자연구소)가 개발한 말의 모계혈통 신속분석을 위한 다중 PCR 프라이머 조합 제조 기술은 세계 최초로 경주마의 미토콘드리아 DNA 분석을 통하여 경주마의 모계혈통 및 운동능력 확인이 가능한 기술로서 16개 mtSNP marker로 구성된 다중증폭 single base extention(SBE) 프라이머의 조합 및 반응 시약 제조 기술이며, 한 번의 분석으로 16개의 유전자 마커가 분석되어 분석 비용과 시간을 2~5배 이상 단축시키며, 교배지원을 위한 씨암말의 수준과 역량을 높이고 우수한 씨암말의 생산 및 질적 향상에 기여할 수 있을 것이다.
기술의 파급효과
정부의 2011년 제정된 전 세계적으로 단일 축종으로는 유일한 법안인 말 산업육성법 시행으로 말 산업에 대해 정부 및 지자체의 관심이 집중되고 있으며 말의 생산기반 강화, 연관 산업 육성, 말 유통체계 구축, 효율적인 육성 시스템 구축 등을 통해 파생되는 경제효과는 클 것으로 전망되며, 최근 들어 국내 말 생산 산업의 성장으로 경주마의 생산과 사육농가가 증가하고 있다.
국외 시장의 경우, 말의 유전자검사시 사용하는 키트는 국외 88개의 기관에 판매되고 있으며, 전 세계의 말 유전자 감식 기관의 수를 감안하여 국내 시장이 1% 차지할 것으로 예상하였을 때, 세계 시장의 규모는 약 420억원으로 추정할 수 있다(UN 국제통계연감, 2008).
말 산업 분야는 최근 말 산업 육성법이 국회를 통과하는 등 산업적 성장가치가 매우 크고 비약적 발전이 기대되는 사업 분야이다.
여러 지자체에서도 말 생산이나 승마의 보급 등 지역 경제 활성화를 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
하지만 말의 모계혈통 정립 및 운동능력 분석이 가능한 관련 제품은 전혀 없는 상태이므로 본 기술개발을 통하여 말의 모계혈통과 운동능력을 정확하고 신속하게 분석이 가능한 제품개발이 가능하여 말의 유전자검사 관련 기관 및 유전자검사 서비스 업체에 제품 판매 및 해외 수출도 가능할 것으로 예상된다.
다우진유전자연구소가 개발한 말의 모계혈통 신속 분석을 위한 다중 PCR 프라이머 및 반응 시약 제조 기술은 SBE 프라이머 조합 제작을 응용한 SNP multiplex extension 공정개선 기술로서, 분석시간 단축과 민감도를 증가시켜 한 번의 분석으로 16개 유전자 마커가 동시에 분석 가능하다.
말의 모계혈통 확인 및 운동능력 예측이 가능하여 씨암말 선택 기준으로 정할 수 있는 표준화된 검사 방법을 제시하고 씨암말의 모계혈통 분석을 통해 고전적인 경주마 선발 방법 대비 과학적 유전자분석이 가능하다.
본 개발 기술을 말의 모계혈통 유전자 관리에 활용할 경우 과학적이고 체계적인 우수 종마 생산이 가능하게 되어 경주마 생산농가에 경쟁력을 갖춘 선진국형 농가로 발전시킬 수 있을 것으로 기대되며 나아가 말 산업 분야의 시장 확대와 활성화에 파급효과가 클 것으로 기대한다.
또한 본 기술은 향후 우량 종 생산을 위해 소, 돼지, 닭 등 다양한 동물에서도 모계혈통 및 유전자분석에도 적용할 수 있으며, 가축의 육질 및 전염병 관리용, 우수가축/동물의 생산 및 질적 향상 등에 활용이 가능하여 축산물 시장규모 확대 효과도 기대할 수 있을 것이다.
본 기술은 PCR 기반 분자진단 기술(다중진단 기술, 동시진단 기술, 실시간진단 기술 등)로서 맞춤형 질환 진단, 질병 예측성 유전자분석 및 조기진단 등 질병 관련 산업으로도 폭넓게 적용이 가능하여 기술의 활용도 및 파급효과가 매우 높은 기술이라고 하겠다.
따라서 본 기술을 이용하여 개발될 DOW mtQuick Finder-Equine(R) Kit는 향후 마사회는 물론 지역 단위의 말 산업 등에 적극 적용하여 모계혈통 확인 및 운동능력 예측에 의한 육종체계의 발전 및 말에 관한 여러 연구 분야에 활용될 수 있으며 해외로도 판로 확대가 가능할 것으로 기대된다.