유전학은 생물학의 연구를 뒷받침하는 학문이라고 할 수 있으며, 현대과학의 최첨단 분야 중의 하나로서 유명 일간지나 뉴스 잡지들을 통해 암이나 질병과 연관되는 유전자의 발견, 유전자 치료법 등 유전학에 관련된 기사들을 자주 접하게 된다. 또한 생명과학의 발달과 함께 유전학에 대한 수많은 발전이 이루어지고 있는 요즘 유전자 및 유전학적 기법은 의학 분야에서 가장 중요하게 자리 잡고 있다. 특히 유전자검사는 염색체 및 유전자와 관련된 질 환을 진단하고 연구하는 것으로 형태학적 분석이나 생화학적 검사로는 진단이 어려웠던 많은 질병들의 진단 및 질병 의 예후 판정이나 치료방향의 설정 등에 매우 중요한 역할을 하고 있다.

최근 진단검사 분야에서 가장 빠른 속도로 발전하고 있는 유전학적 검사법은 의료분야에서 일반화되고 있으며, 새로운 지식들이 급속하게 추가되고 있는 현실을 감안할 때 유전자검사 실무자들과 임상병리학을 전공하는 학생들에게 유전학에 대한 이해와 전문적 지식이 절대적으로 필요하다. 또한, 최근에는 보험심사관련 종사자나 법조인 및 분자 진단관련 기업체에서조차 실무적으로 필요한 실정이다. 그러나 유전학적 검사법에 대한 체계적인 기초이론의 습득과 실습을 할 수 있는 기회는 전무하다고 할 수 있으며, 광범위한 정보를 얻기 위한 전문서적도 거의 찾아 볼 수 없다.

이에 저자는 유전학적 검사에 대한 구체적이고 실제적인 지침이 절대적으로 필요한 상황에서 실무자뿐만 아니라 유전학과 관련된 많은 분들께 조금이나마 도움이 되었으면 하는 간절한 마음으로 세포배양, DNA 관련 실험, 각종 PCR 검사 그리고 FISH 검사를 포함한 염색체 검사 등 20여 년 동안의 연구와 실무 경험을 바탕으로 유전학적 검사의 이해 에 필요한 기초이론과 기법을 정리하였다. 이 과정에서 많이 부족하거나 미흡한 점 그리고 다른 견해도 있을 수 있지만, 관대한 마음과 아낌없는 충고와 질책을 부탁드리며, 부족한 부분의 오류나 표기 미숙 등은 앞으로 계속 수정 보완할 것을 약속드린다.

이 책은 크게 이론과 기법으로 구성되어 있다. 유전학의 발달과 분야를 시작으로 유전학의 이해에 필요한 세포, 염색체, 유전물질 그리고 인체의 발생 등의 기초이론과 유전학적 검사의 이해를 위한 유전질환, 암과 돌연변이 등을 기술하였다. 그리고 기법에서는 유전학적 검사에 많이 적용되는 세포배양과 염색체 분석 그리고 PCR 기법 등을 모아서 정리하였다. 특히 300여개의 알아두기에는 유전학적 지식뿐만 아니라 최근의 유전적 기술, 과학적 논쟁이나 유전학의 발전 등 흥미로운 내용들을 정리하였다. 이 책을 통하여 유전자검사 실무자뿐만 아니라 유전학을 처음 접하는 사람들 도 쉽게 이해할 수 있고, 흥미와 많은 관심을 가질 수 있게 되기를 기대한다.

오랜 준비기간을 거쳐 미흡하지만 이 책이 완성되어 마침내 조그마한 결실을 보게 되었다. 처음 책을 쓰고자 했을 때는 충분히 해낼 수 있다고 자신했지만, 실제로 쓰는 과정에서 예상하지 못한 어려움에 수도 없이 그만두고 싶은 생각이 들었다. 그때마다 격려, 질책과 사랑을 변함없이 보내주신 분들 덕분에 책의 완성도를 높일 수 있었기에 그 소 중한 마음들을 영원히 간직하려한다.

끝으로 염색체 검사와 연구를 통해 유전자 공부뿐만 아니라 인간의 참다운 삶의 지혜와 가치를 깨달을 수 있었다. 염색체를 볼 수 있도록 동의해주신 갖가지의 사연을 가지셨던 많은 환자분들과 생명의 현상과 유전자를 이해하려고 애쓰시는 분들께 이 책을 바칩니다.

1장 유전학의 발달과 분야 1


1. 유전학의 발달 1


2. 유전학의 분야 1
1) 멘델유전학 2
2) 집단유전학 4
3) 세포유전학 6
4) 분자유전학 10
5) 의학유전학 15




2장 세포 19


1. 세포의 일반적 특성 19




2. 세포의 구조와 기능 19




3. 세포막 20
1) 세포막지질 21
2) 세포막단백질 22
3) 세포막 탄수화물 22
4) 세포막을 통한 물질의 이동 22




4. 세포핵 24
1) 핵막 25
2) 핵공 복합체 26
3) 염색질 26
4) 핵인 28




5. 세포 내 소기관 28
1) 리보솜 29
2) 미토콘드리아 29
3) 소포체 30
4) 골지체 31
5) 리소좀 32
6) 퍼옥시좀 33




6. 세포골격 34
1) 미세섬유 34
2) 중간섬유 36
3) 미세소관 37




7. 세포외 기질 39
1) 세포외 기질의 구조와 조성 39
2) 세포간 상호작용 41
3) 세포간 결합 43




3장 염색체 47




1. 염색체의 구조 48
1) 일반적 특성 48
2) 염색체의 구성 49




2. 염색체의 분류 53
1) 동원체 위치에 따른 분류 53
2) 염색체의 크기와 동원체 위치에 따른 분류 54


3. 염색체 명명법 54
1) 염색체 분염법 54
2) 염색체 밴드 명명 57
3) 염색체 핵형분석 57




4. 염색체 이상 60
1) 염색체 수의 이상 60
2) 염색체 구조의 이상 61
3) 모자이시즘과 키메리즘 66


5. 염색체 검사 67
1) 염색체 분석의 적용 대상 67
2) 염색체 검사의 세포종류별 배양 70
3) 염색체 분석 과정 73




6. 각 염색체별 유전자의 특징 76
1) 각 염색체별 유전자의 크기와 유전자의 수 76
2) 각 염색체별 유전자 좌위와 특징 76


4장 DNA, RNA, 단백질합성 85




1. 사람 유전체의 구성 86


2. DNA의 구조 89
1) DNA의 구성성분 89
2) DNA의 형성 90
3) DNA의 구조 90
4) DNA의 특성 92




3. DNA의 복제 94
1) DNA 중합효소 95
2) 복제 95
3) 복제의 종결 96


4. RNA와 유전부호 97
1) RNA 97
2) RNA의 종류 98
3) 유전부호와 아미노산 구성 99




5. 단백질합성 100
1) 전사 101
2) 번역 102
3) 해독 후 변형 106


5장 세포주기 107




1. 세포주기 특성 108


2. 유사분열 108
1) 전기 110
2) 전중기 110
3) 중기 110
4) 후기 110
5) 말기와 세포질분열 110




3. 감수분열 111
1) 제1감수분열 111
2) 제2감수분열 113


4. 세포주기의 조절 113




6장 인체의 발생 121


1. 사람 생식세포의 형성과 수정 121
1) 정자발생 122
2) 난자발생 123
3) 월경주기 124
4) 수정 125




2. 발생의 진행 128
1) 발생 1주 128
2) 발생 2주 130
3) 비정상적인 착상 130
4) 배아기 131
5) 태아기 132
6) 태반과 태아막 133
7) 분만 135


3. 선천성 기형 135
1) 선천성 기형의 분류 136
2) 병인 137




4. 성결정의 염색체 143
1) Y-염색체 143
2) X-염색체와 X-염색체의 불활성화 145
3) 거짓상염색체구역 145




7장 유전질환 149


1. 단일유전자 질환 149
1) 멘델유전 양식 150
2) 비정형 멘델유전 양식 161




2. 다인자성 유전질환 165
1) 관상동맥질환 167
2) 알츠하이머병 167
3) 당뇨병 169
4) 골다공증 173
5) 선천성 기형 173


3. 염색체 질환 174
1) 상염색체의 수적 이상 질환 174
2) 성염색체의 수적 이상 질환 178
3) 상염색체의 결실 증후군 182
4) 특수 염색체 유전질환 187




8장 암 193


1. 우리나라 암의 발생 빈도 193




2. 종양 195


3. 암세포의 특성 198
1) 암세포의 증식 198
2) 성장인자와 세포주기 199
3) 세포사멸 199
4) 암세포의 전이 199




4. 암의 유전적 기초 200
1) 암유전자 202
2) 암 억제유전자 205


5. 암의 원인 208
1) 외적인 요인 208
2) 내적인 요인 212
3) 기타 212




6. 암의 발생기전 212
1) 개시단계 213
2) 촉진단계 213
3) 진행단계 213


7. 주요 암들의 유형과 위험인자 214
1) 간암 214
2) 갑상선암 215
3) 난소암 215
4) 백혈병 216
5) 유방암 216
6) 위암 217
7) 전립선암 218
8) 대장암 219
9) 폐암 220




8. 암의 예방 220
1) 금연 220
2) 식습관 222
3) 비타민, 식이섬유 등 223
4) 파이토케미컬 223
5) 화학적 암 예방 224
6) 호르몬 224
7) 음주 224


9장 돌연변이 227




1. 돌연변이의 유형 227




2. 사람 돌연변이의 유형 228
1) 유전체 돌연변이 228
2) 염색체 돌연변이 228
3) 유전자 돌연변이 229


3. 유전자 돌연변이의 형태 230
1) 핵산치환 230
2) 염기결실 및 염기삽입 232




4. 돌연변이 유발원 232
1) 화학물질 232
2) 방사선 234
3) 전이인자 235


5. 돌연변이의 기능적 변화 235




6. DNA의 수선 238
1) 직접 수선 238
2) 염기절제 수선 238
3) 뉴클레오티드절제 수선 239
4) 부정합 DNA 수선 239
5) 복제 후 수선 240




7. DNA 서열의 다형성 240
1) 단일염기 다형성 240
2) 삽입-결실 다형성 241
3) 반복수 다형성 244


8. 사람 돌연변이 명명법 244




10장 세포배양 247




1. 세포조직배양의 역사 247




2. 동물세포배양의 배경 249




3. 세포배양의 활용 251




4. 배양의 종류 251
1) 일차배양 251
2) 계대배양 252
3) 기관배양 253




5. 배양방법 253
1) 정치배양법 253
2) 회전배양법 253
3) 선회배양법 254
4) 기타 배양법 254




6. 세포해리 255
1) 세포해리제의 종류 255
2) 기계적 세포분리 256




7. 세포배양 환경 257
1) 무균상태 257
2) 온도 257
3) CO2 257




8. 배양액 258
1) 배양액의 특성 258
2) 배양액의 종류 260
3) 혈청 260
4) 항생물질 263
5) 완충액 263
6) 배양액 첨가물 264




9. 세포배양에 필요한 장치 및 기구 264
1) Biosafety Cabinet 264
2) CO2 배양기 264
3) 멸균기 265
4) 초순수 물 제조장치 268
5) 원심분리기 268
6) 위상차현미경 268
7) 동결세포의 보존기구 268
8) 기타 268




10. 세포배양 기술 268
1) 세포수 계산 268
2) 계대배양 269
3) 동결보존과 해동 270
4) 세포독성 측정 272
5) Mycoplasma 검출 272




11. 세포염색 272
1) 염색과 염료 273
2) 일반세포 염색 273
3) 특수 염색 274
4) 면역세포화학 염색 274




11장 현미경 277




1. 현미경의 발명 277


2. 광학현미경의 원리 279


1) 확대 280
2) 해상력 280




3. 현미경의 구조 281
1) 접안렌즈 281
2) 광선분할 조정기 281
3) 대물렌즈 회전판 282
4) 대물렌즈 282
5) 조리개 282
6) 집광기 282
7) 필터 283
8) 조동 및 미동나사 284




4. 현미경의 종류 284
1) 광학현미경 284
2) 전자현미경 286
3) 최근 현미경 기술 288
4) 현미경 사용 시 주의 사항 289




12장 말초혈액 염색체 분석법 291


1. 배양 291


2. 수획 292


3. 슬라이드 제작 293


4. 염색 294


5. 현미경 관찰 295


6. 핵형분석 295


7. 발생될 수 있는 문제점 296




13장 형광동소교잡법 299




1. 검사의 원리 299


2. FISH Probe의 종류 300
1) Repetitive Sequence Probe 300
2) Whole Chromosome Probe 301
3) Unique Sequence Probe 301


3. FISH의 임상적 적용 302
1) 선천성 염색체 질환 302
2) 후천성 염색체 질환 304




4. FISH의 응용 304
1) Comparative Genomic Hybridization
(CGH) 304
2) CGH Microarray 306
3) Multiplex-FISH(M-FISH) 306
4) Multicolor Band Analysis 307
5) Reverse FISH 307


5. FISH의 검사방법 307
1) 염색체 슬라이드 준비 308
2) 시약 준비 308
3) FISH 시행단계 309
4) 현미경 분석 312




14장 핵산의 추출 315


1. DNA의 형태 315
1) 염색체의 DNA 316
2) 플라스미드 DNA 316
3) Complementary DNA 316




2. RNA의 형태 316




3. 핵산 추출방법 319
1) 페놀 추출법 319
2) CsCl 기울기에 의한 분리 320
3) 끓이는 방법 320
4) 칼럼을 이용한 방법 321
5) RNA 분리 321
6) RNA Isolation(Blood & Bone marrow)의
예 321


4. 핵산 측정방법 323




15장 핵산 증폭기법 325


1. 중합효소연쇄반응 325
1) PCR의 원리 326
2) PCR에 필요한 구성성분 326




2. PCR 검사법의 임상적 적용 330
1) 법의학적 DNA 검사 330
2) 감염질환 331
3) 혈액종양 334


3. 역전사 중합효소연쇄반응 334
1) 반응원리 334
2) RT-PCR에 필요한 구성성분 336




4. 실시간 중합효소연쇄반응 338
1) Real-Time PCR의 원리 339
2) Real-Time PCR의 방법 339
3) Real-Time PCR의 임상적 적용 340




5. PCR 응용기법 341
1) 이중 중합효소연쇄반응 341
2) 다중 중합효소연쇄반응 341
3) PCR-RFLP 342
4) 염기순서기반증폭 방법 343
5) 증폭반영 돌연변이 시스템 검사법 343
6) PCR-SSCP 344


6. 발생될 수 있는 문제점 345
1) 밴드가 보이지 않을 때 345
2) 밴드가 많이 보일 때 345
3) 프라이머-dimer가 많이 보일 때 345
4) 밴드의 크기가 다를 때 345
5) Smear 현상이 나타나는 경우 345
6) 오염 345
7) 어떤 DNA는 밴드가 보이고 다른 DNA는
밴드가 보이지 않을 때 346




16장 기타 분석방법 347


1. 유세포 분석 347
1) 유세포 분석의 원리 348
2) 유세포 분석기의 구성요소 348
3) 유세포 분석의 장점 및 단점 349
4) 유세포 분석기의 활용 349




2. DNA칩 350
1) DNA칩의 종류 351
2) cDNA칩의 원리 및 분석과정 351
3) DNA칩의 응용 351


3. DNA 염기서열분석 353
1) Dideoxy Chain-Termination
DNA Sequencing 의 원리 353
2) Sanger의 사슬-종결 서열분석 354
3) 자동화된 염기서열분석 354
4) Pyrosequencing 356