유전체 기술 제대로 분류하기 (PCR, Sequencing...)

좋은 기회로 Bioinformatics를 공부하는데

 

임상의사들이 이해하는 유전체학의 깊이가 정말 얕음을 느꼈습니다. 

 

직접 분석을 돌리진 않더라도, 그분들이 쓰는 언어와 그 맥락을 조금이라도 이해해야 향후에도 막힘이 없이 더 큰 문제를 해결할 힘을 가지게 될 것입니다.

 

코드랑은 별개로 이게 pragmatic하게 어떻게 쓰이고, 어떤 의미를 가지는 과정인지를 이해하는데 도움을 주기 위해 이 글을 작성합니다.

 

우선 일반적으로 많이 듣는 용어들의 개념을 정리해보겠습니다.

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유전체 연구를 처음 시작하면서 누구나 한번쯤 헷갈리는 개념들이 있습니다. 바로 PCR, qPCR, Sanger sequencing, NGS, SBS, WGS 같은 용어들이죠.

이 기술들은 서로 연관되어 있지만 ‘기술 자체’인지 ‘목적인지’, 또는 ‘시퀀싱인지 아닌지’ 구분이 안 돼 처음 공부할 때 많이 혼란스럽습니다.

 

오늘은 이 모든 개념을 실제 생활 비유를 사용해 직관적으로 이해할 수 있게 풀어보았습니다.

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DNA 증폭 기술	PCR	DNA 복사	❌	복사기
	qPCR	DNA 복사 + 실시간 정량	❌	카운터 달린 복사기
시퀀싱 기술	Sanger sequencing	DNA 염기서열 읽기	✅	문장을 한 글자씩 색으로 읽기
	NGS	대규모 DNA 병렬 시퀀싱	✅	책을 찢어 여러 사람이 동시에 읽기
NGS의 방식	SBS (Illumina)	형광 염기로 DNA를 읽는 방식	✅	색깔 펜으로 글자 하나씩 쓰며 읽기
응용 목표	WGS	유전체 전체를 읽는 작업	✅ (NGS 사용)	책 전체를 처음부터 끝까지 정독하기

 

 

🧪 PCR & qPCR: DNA 복사기와 그 진화형

PCR은 특정 DNA 구간만 수십억 번 복사하는 기술입니다.
📚 DNA가 책이라면 PCR은 특정 페이지를 복사기 돌려 무한 복사하는 것과 같습니다.

• PCR: 단순히 복사만 함
• qPCR: 복사하면서 몇 장 복사됐는지 실시간 측정 가능 → COVID 검사, 바이러스 정량 등에 필수

❗중요: 이들은 ‘시퀀싱’이 아니라 증폭(복제) 기술입니다.

 

 

📖 Sanger Sequencing: 한 줄 한 줄 읽는 방식

https://biologynotesonline.com/sanger-sequencing/#limitations_of_sanger_sequencing

 

생어 시퀀싱은 DNA를 한 염기씩 천천히 읽어가는 1세대 시퀀싱 기술입니다.

• 매 복사 시도에서 무작위로 멈추도록 하고
• 끝나는 염기를 색으로 표시해
• 길이 순서대로 정렬하여 DNA 염기서열(A, T, C, G)을 알아냅니다.

📌 비유: 문장을 복사하다가 랜덤하게 끝나는 여러 버전을 만들고, 끝 글자의 색깔을 읽어 문장을 해독하는 것.

장점: 정확도 높음 (99.99%)
단점: 느리고 비쌈 → 소규모 검사용

 

🧬 NGS: 대규모로 DNA 읽기

NGS(Next Generation Sequencing)는 수백만 개의 DNA 조각을 동시에 읽는 기술입니다.
➡️ 생어 방식은 한 줄씩 읽지만, NGS는 책을 조각내서 여러 명이 각자 읽고, 다시 조립하는 식입니다.

• 읽는 속도, 처리량, 비용 면에서 혁신을 가져왔습니다.
• 대부분의 유전체 분석, RNA-seq, 질병 유전자 탐색 등은 NGS 기반으로 수행됩니다.

      ✍️ SBS: NGS의 대표적 방식 (Illumina)

Principle of the illumina sequencing by synthesis (SBS) technology (Lu et al., 2016)

         

     SBS(Sequencing by Synthesis)는 Illumina에서 사용하는 NGS 방식입니다. 개인적으로 저렇게 PCR extension 하는 부분이 너무 신기하고 흥미로웠습니다ㅎㅎㅎ

• DNA를 복사하면서 형광으로 색을 표시된 염기 하나씩 추가
• 카메라가 각 주기의 색깔을 찍어 염기 하나씩 확인
• 모든 클러스터(점)에서 동시에 일어남 → 병렬성 뛰어남

     📌 비유: 수많은 작가가 동시에 글을 쓰고, 각 글자의 색을 통해 내용을 읽는 것

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📘 WGS: 책 전체를 정독하는 것

WGS(Whole Genome Sequencing)는 기술이 아니라 분석 목적입니다.
즉, “무엇을 하느냐”에 해당합니다.

• 유전체 전체(약 30억 개 염기)를 한 번에 읽는 분석
• 보통 NGS 기술로 수행
• 과거엔 생어 시퀀싱으로 수행했지만, 매우 오래 걸림
• 현재는 NGS 덕분에 며칠 만에 WGS 가능

📌 비유: 책 전체를 페이지 하나 빠짐없이 처음부터 끝까지 읽는 것

 

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✅ 정리 요약

• PCR, qPCR은 DNA를 읽지 않고 복사/측정하는 기술 → 시퀀싱 X
• Sanger와 NGS는 DNA 염기서열을 읽는 시퀀싱 기술
• NGS는 대규모 병렬 시퀀싱 기술이고, SBS는 그 방식 중 하나
• WGS는 기술이 아니라 ‘전체 유전체를 읽는 분석 목표’

 

다음 글에서는 아래 글 등을 참고해서 NGS라는 Sequencing의 큰 흐름과 이전 Sanger sequencing과 대비해서 어떤 점이 가장 획기적인 지, reference gemone들은 어떤 것들을 쓰는지에 대해 다뤄보도록 하겠습니다. 

 

https://learn.gencore.bio.nyu.edu/ngs-file-formats/

NGS Sequencing Technology and File Formats – NGS Analysis