펄스장 젤 전기영동 (Pulsed-Field Gel Electrophoresis (PFGE))

한 줄 정의: 전기장의 방향을 주기적으로 바꿔가며 수백 kb에서 수 Mb에 이르는 매우 큰 DNA 분자를 분리하는 전기영동 기법.

쉽게 풀면

일반 전기영동은 DNA가 한 방향으로만 계속 끌려가기 때문에 아주 큰 DNA 조각들은 서로 비슷한 속도로 뭉쳐서 구분이 안 된다. 펄스장 전기영동은 전기장의 방향을 규칙적으로 바꿔주기 때문에 DNA가 방향을 바꿀 때마다 자기 크기에 맞게 재정렬할 시간을 갖게 되고, 그 결과 아주 큰 DNA도 크기별로 잘 분리된다. 세균의 전체 게놈 지도를 만들거나 염색체 크기의 DNA를 다룰 때 쓰인다.

왜 중요한가

펄스장 젤 전기영동은 세균 균주 간의 유전적 유사성을 밴드 패턴으로 시각화할 수 있어 식중독 원인균 추적이나 병원 내 감염 역학조사 같은 공중보건 연구에서 오랫동안 표준 기법으로 쓰여 왔습니다. 미생물 분류와 계통 분석뿐 아니라 대형 유전체 지도 작성 초기 단계에서도 활용되어, 분자역학과 미생물 유전체학 논문 모두에서 다뤄지는 개념입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"균주 간 유전적 차이는 펄스장 젤 전기영동으로 비교하였다."

세균 게놈을 통째로 잘라 큰 조각들의 크기 패턴을 비교해 균주를 구분했다는 뜻이다.

"병원 내 집단 발병 사례에서 분리된 균주들은 펄스장 젤 전기영동 밴드 패턴이 유사하여 동일 감염원에서 유래했을 가능성이 높은 것으로 판단되었다."

역학조사에서 감염 경로를 추적하는 데 밴드 패턴 비교가 근거로 쓰인 예이다.

"염색체 크기의 DNA를 다루는 효모 균주 연구에서는 펄스장 젤 전기영동을 이용해 개별 염색체 밴드를 분리하고 핵형을 비교하였다."

미생물 유전체 연구에서 염색체 단위의 큰 DNA를 분리해 균주별 핵형 차이를 비교하는 데 쓰인 사례이다.

조금 더 깊게 보면

펄스장 젤 전기영동에서는 제한효소로 게놈을 몇 개의 큰 조각으로 자른 뒤 전기장의 방향과 지속 시간을 주기적으로 바꾸는 프로그램을 적용하는데, 이 펄스 시간과 각도 설정에 따라 분리 가능한 DNA 크기 범위가 달라집니다. 얻어진 밴드 패턴은 균주 간 유사도를 비교하는 지문(fingerprint)으로 활용되며, 최근에는 전장유전체 서열분석 기반의 계통분석 기법들이 이를 상당 부분 대체하고 있지만 여전히 신속한 역학조사 도구로 언급되는 경우가 있습니다.

주의할 점

보통의 아가로스 젤 전기영동으로는 분리할 수 없는 매우 큰 DNA 전용 기법이라는 점이 핵심이다.