PCR vs. qPCR 원리 및 적용의 주요 차이점

생물학 분야의 "복사기"로 종종 묘사되는 유전자 증폭 기술은 질병 진단, 유전 연구 및 기타 과학 영역에서 중추적인 역할을 합니다. 이러한 기술 중에서 PCR과 qPCR은 언뜻 유사해 보이지만 서로 다른 목적을 제공합니다. 이 기사에서는 연구자들이 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 되는 근본적인 차이점, 적용, 특히 데이터 분석 접근 방식을 살펴봅니다.

중합효소연쇄반응(PCR)은 특정 DNA 단편을 증폭시키기 위한 시험관 내 기술입니다. DNA 중합효소를 활용하는 PCR은 반복적인 가열 및 냉각 주기를 사용하여 표적 DNA 서열을 기하급수적으로 증가시킵니다. 이 기술의 핵심은 프라이머 디자인, 즉 DNA 중합효소가 특정 영역을 복제하도록 안내하는 표적 DNA의 말단에 상보적인 짧은 서열에 있습니다.

1. 변성:DNA 샘플을 가열(94-98°C)하면 이중 가닥 DNA가 단일 가닥으로 분리됩니다.
2. 가열 냉각:온도를 낮추면(50~65°C) 프라이머가 표적 서열에 결합할 수 있습니다.
3. 확대:중합효소의 최적 온도(72°C)에서는 프라이머로부터 새로운 DNA 가닥이 합성됩니다.

이러한 주기를 반복하면 수백만 개의 DNA 복사본이 빠르게 생성됩니다. PCR 산물은 일반적으로 조각을 크기별로 분리하는 아가로스 겔 전기영동을 통해 분석됩니다.

• 유전자 복제:재조합 DNA 구성을 위한 특정 유전자 증폭
• DNA 서열분석:충분한 template DNA 제공
• 질병 진단:병원체 또는 유전자 돌연변이 검출
• 법의학:DNA 지문 채취

정량적 PCR(qPCR) 또는 실시간 PCR은 실시간으로 DNA 증폭을 모니터링하여 정확한 정량화가 가능한 고급 버전을 나타냅니다. 이 기술은 DNA 농도와 상관관계가 있는 형광 마커를 사용합니다.

• 형광 염료:SYBR Green은 증폭 중에 형광이 증가하면서 이중 가닥 DNA에 결합합니다. 비용 효율적이지만 덜 구체적입니다.
• 형광 프로브:서열 특이적 프로브는 표적에 결합될 때만 형광을 방출합니다. 더 비싸지만 매우 구체적입니다.

정량화는 Ct(임계값 주기) 값, 즉 형광이 배경을 초과할 때의 주기 수에 따라 달라집니다. 낮은 Ct 값은 더 높은 초기 DNA 농도를 나타냅니다. 분석 방법은 다음과 같습니다.

• 상대 정량화:정규화를 위한 참조 유전자를 사용하여 샘플 간 표적 유전자 발현 비교
• 절대 정량화:알려진 농도의 표준 곡선을 사용하여 정확한 DNA 복제 수 결정

• 유전자 발현 분석:mRNA 수준 측정
• 병원체 검출:바이러스/박테리아 부하 정량화
• 약물 개발:유전자 발현에 대한 약리학적 효과 평가
• 암 연구:종양 바이오마커 검출

역전사 PCR(RT-PCR)은 후속 증폭을 위해 RNA를 상보적 DNA(cDNA)로 변환하여 RNA 검출을 가능하게 합니다. 두 가지 형식이 있습니다.

• 원스텝 RT-PCR:역전사와 PCR을 단일 튜브에 결합
• 2단계 RT-PCR:순차적으로 반응을 수행합니다.

RT-PCR과 qPCR을 결합하면 유전자 발현 연구에서 mRNA 정량화의 표준인 RT-qPCR이 생성됩니다.

PCR 분석에는 DNA 밴드의 간단한 젤 시각화가 포함되며, 밴드 강도를 통해 존재/부재 및 상대적 풍부함을 나타냅니다. 그러나 이 접근법은 제한된 정량적 정확성을 제공합니다.

qPCR 분석은 다음을 요구하는 Ct 값을 통해 정교한 정량화를 제공합니다.

• 배경 형광을 고려한 기준선 보정
• 정확한 Ct 측정을 위한 정확한 임계값 설정
• 증폭 특이성을 검증하기 위한 용융 곡선 분석

상대 정량화의 경우 적절한 참조 유전자 선택 및 정규화가 중요한 반면 절대 정량화에는 고품질 표준 곡선이 필요합니다.

PCR과 qPCR 중에서 선택하는 것은 연구 목적에 따라 다릅니다.

• 유전자 발현:RT-qPCR
• 병원체 검출:qPCR
• 유전자 복제:PCR
• DNA 서열분석:PCR

PCR은 존재/부재 감지에 충분하지만, qPCR은 정확한 정량 요구 사항에 필수적입니다.