범인색출 실험세트

Ⅰ. 실험 목적

제한효소를 통해 다양한 길이의 DNA조각이 생성됨을 이해하고, 이를 전기영동하여 분석 후 결론을 도출할 수 있다.

Ⅱ. 제품 구성

이 실험키트는 10개 조가 함께 실험하도록 고안되었다.

범죄현장에서 나온 DNA Sample A-1 (제한효소 I로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

범죄현장에서 나온 DNA Sample A-2 (제한효소 II로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

1번 용의자에서 나온 DNA Sample B-1 (제한효소 I로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

1번 용의자에서 나온 DNA Sample B-2 (제한효소 II로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

2번 용의자에서 나온 DNA Sample C-1 (제한효소 I로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

2번 용의자에서 나온 DNA Sample C-2 (제한효소 II로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

Ⅲ. 시약 & 기구

- Premade Agarose gel(1.5% TAE) 5개

- 50X TAE buffer 30mL

- 일회용 마이크로피펫 6개

- 일회용 스포이드 1개

[ 기타 실험에 필요한 장비 및 시약 ]

- 전기영동장치, e-튜브 랙, 250mL 메스실린더, 증류수,(or 마이크로피펫)

Ⅳ. 배경지식

DNA 지문은 많은 범죄 사례에서 매우 중요한 DNA샘플의 근원 식별이 가능하게 해준다. DNA 지문은 범죄현장부터 용의자들에게서 얻어진 DNA를 매칭하여 훌륭한 정확도를 가지고 결정적인 역할을 한다.

DNA 지문은 여러 단계가 있다. 첫째로, 적절한 샘플이 준비되어야 한다. 범죄학자들은 DNA가 손상이 될 수 있기에 범죄현장에서 증거를 획득하는데 상당한 주의를 기울인다. DNA는 혈액이나 모발과 같은 샘플에서 증거로 추출된다. DNA가 추출되면 제한효소라고 불리는 특정 효소를 첨가하여 절단시키거나, Polymerase Chain Reaction(PCR)을 실행하여 증폭시키기도 한다.

제한효소절편길이다형성 RFLP(restrichion fragment length polymorphism)이라 불리는 이 방법은 제한효소를 이용하여 DNA를 잘라내고 세포벽을 이동시킨 후 다형성 지역에서 probe들과 함께 세포벽을 변성하게 된다. 이 방법은 상대적으로 DNA의 큰 양이 필요하고 여러 주가 걸린다. 그러나 수치상으로 상당히 정확하다.

최근에는 PCR을 통해 DNA를 분석하고 이를 과학수사에 사용하고 있다. 이 기술은 RFLP분석보다 DNA를 덜 필요로 하며 시간소요가 적다. PCR 증폭은 Taq polymerase라 알려진 효소를 사용하는데 이것은 기본적으로 온천에 내성을 띈 박테리아에서 추출한 것이다. 이 효소는 매우 높은 온도에서도 안정적이다. PCR반응 혼합은 또한 프라이머로 알려진 두 개의 합성 올고뉴클레오타이드도 포함한다. 이것은 추출된 DNA와 혼합되며 template라 불리운다.

증폭되기 위한 DNA부위는 “target”이다. PCR반응의 첫 단계에서 DNA 가닥이 94도에서 분리되며 Taq polymerase는 안정적으로 남게 된다. 결합으로 알려진 두 번째 단계에서 샘플은 중간온도(40~65도)로 식게되고 두 프라이머가 각기 하나씩 하나의 가닥에 붙게 된다. 세 번째 단계인 신장은 72도에서 진행되며 Taq polymerase nucleotide가 프라이머에 첨가되어 새로운 가닥합성을 완료되게 한다.

이 세 과정 – 변성, 결합, 신장- 은 PCR 한 사이클을 구성한다. 이 과정은 20~40 사이클 반복하여 타켓 시퀀스를 기하급수적으로 증폭한다.

RFLP 분석을 통해DNA를 분석하게 된다. 이 가상의 경우에서 범죄현장과 두 용의자로부터 얻어진 DNA는 제한효소로 잘려지고 조각 패턴은 개개인의 지문으로 제공된다.

DNA조각(염료) 패턴은 아가로스 겔에서 직접적으로 분석하기에 충분하다. 목표는 아가로스 겔 전기영동 후에 분석하고 DNA 조각 패턴을 매칭시키는 것이며 용의자 1, 2를 확인하는 것이다.

Ⅴ. 실험 목적

· 학생들은 제한효소가 어떻게 다양한 길이의 DNA조각을 생성하고, 특정 염기서열의 DNA분자를 자르는지 배우게 된다.

· 아가로스 겔 전기영동이 어떻게 다른 크기의 DNA 조각을 분리하는지 배우게 된다.

· DNA 지문 분석을 기반으로 어떻게 각 사람의 DNA의 독특한 패턴을 형성하는지 학습한다.

[ 실험 가설 ]

만약 범죄현장에서 수집된 DNA샘플이 다른 두 개의 제한효소로 잘려지고 두 용의자의 DNA를 같은 두 제한효소로 잘라 얻어진 DNA 샘플과 비교한다면 DNA 지문 방식에 의해 진범을 구별할 수 있게 된다.

Ⅵ. 안전 유의 사항 

1. 보호장갑 및 보호안경을 반드시 착용한다.

2. 시약을 가열하거나 녹이는 장비를 다룰 때에는 특별히 주의해야 한다.

3. 입으로 피펫을 사용하지 않는다. 피펫 펌프나 벌브를 사용한다.

4. 전기 장비를 사용 할 경우 특별히 조심한다.

5. 항상 시약이나 생물학적 물질을 다루는 실험이 끝나면 비누로 손을 깨끗이 닦는다.

Ⅶ. 실험과정

※ Agarose gel 만들기

① Agarose 0.3g을 0.5X TAE buffer 30ml를 삼각플라스크에 넣는다.

② 전자렌지에 1～2분 정도 또는 알코올 램프로 가열하여 끓여 녹인다.

③ 겔 용액을 식힌 후 겔 트레이세트 에 붓는다.

④ 겔이 굳은 후 전기영동에 사용한다.

Pre-made Agarose gel(1.5%, 0.5X TAE): 바로 DNA 전기영동을 할 수 있도록 미리 만들어 놓은 아가로스 겔로서 실험시간을 대폭 줄일 수 있습니다.

1. 먼저 50X TAE Buffer 약 3mL를 스포이드로 떠서 증류수 297mL에 넣어 0.5X TAE buffer 300ml를 만들어 놓는다.(메스실린더 이용)

2. 샘플들의 두껑을 열어 순서대로 e-Tube rack에 꽂아 놓는다.

3. 아가로스 겔을 전기영동장치에 올려 놓고, 0.5X TAE buffer를 겔이 잠기도록 전기영동장치 탱크에 붓는다. 약 250~300mL

4. DNA 샘플을 A부터 F까지 차례로 세어나오지 않도록 로딩한다.(약 20㎕)

                  ↑20㎕

A-1 범죄현장에서 나온 DNA Sample #1 (제한효소 A로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

A-2 범죄현장에서 나온 DNA Sample #2 (제한효소 B로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

B-1 1번 용의자에서 나온 DNA Sample #1 (제한효소 A로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

B-2 1번 용의자에서 나온 DNA Sample #2 (제한효소 B로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

C-1 2번 용의자에서 나온 DNA Sample #1 (제한효소 A로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

C-2 2번 용의자에서 나온 DNA Sample #2 (제한효소 B로 자른 후 증폭시킨 DNA 조각)

5. 전원을 키고, 전류가 잘 흐르고 있는지 확인한다. 플래티넘 전극에 공기방울이 형성되는 것이 보여야 한다.

6. 약 10분 후에 색깔 있는 염료가 분리되는 것을 보게 될 것이다.

7. 약 25분 후 전기영동이 끝나면 전원을 끄고, 커버를 열어 아가로스 겔을 꺼낸다. 3번 라인의 염료가 겔 끝부분 0.5cm 정도 될 때 전원을 끈다.

8. 겔을 흰색 종이 위에 올려놓고 겔 사진을 찍는다.

[ 결과분석 ]

[ 탐구 질문 ]

1. 왜 음극에 샘플 웰을 위치시키는 것이 중요한가?

→ DNA는 양극을 향해 이동하기 때문에

2. 어떤 종류의 증거를 DNA를 획득하기 위해 범죄현장에서 찾을 것인가?

→ 머리카락, 혈흔, 피부조각

3. 사용한 파이펫을 세척하는 것이 왜 중요한가?

→ 각 샘플에서 DNA를 독립적으로 남기기 위해

4. 누가 범죄에 가담했는지 어떻게 설명이 가능한가?

→ 범죄자의 DNA패턴은 범죄현장에서 찾은 패턴과 일치 할 것이다.

5. 범죄에 가담한 용의자는 누구인가?

→ 용의자2와 범죄현장 샘플이 일치한다.

6. DNA내에서 개개인이 가진 독특한 패턴은 무엇인가?

→ 사람들 간의 DNA 시퀀스의 변형은 다른 쪼개짐 패턴으로 결과가 나타난다.

7. 두 사람이 같은 DNA 패턴을 가질 때 사건을 생각해 보도록 한다.

→ 일란성 쌍둥이는 동일한 DNA를 가지므로 같은 DNA 패턴을 가진다.

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