Fluorescence Spectrometer, Forster Resonance
Energy Transfer (FRET), Oligonucleotide

FRET(Forster resonance energy transfer)은 두 형광체가 가까울 때 공명에 의해 에너지가 전달되는 현상으로, 물리, 화학, 생물학 등 다양한 분야에서 응용되고 있다.¹ 특히 생물학 분야에서 생체 내 단백질간 또는 DNA, RNA 같은 유전자간의 상호작용 규명에 널리 사용되는 현상이다.

두 형광체 중 에너지를 전달하는 형광체를 donor, 에너지를 받는 형광체를 acceptor라 하는데, donor의 흡수, 방출 파장 값은 acceptor의 파장 값보다 작다.
FRET이 일어나기 위해서는 몇가지 전제조건이 있는데 크게 두 가지로 정리 할 수 있다. 첫째, donor의 방출스펙트럼과 acceptor의 흡수 스펙트럼의 파장이 비슷해 중첩되어야 하고, 둘째, donor와 acceptor의 거리가 10A에서 100A 정도로 가까워야 한다.²

그림 1 (a)와 같이 두 형광체의 사이가 먼 경우 donor의 흡수 파장 빛을 쪼여주면, donor는 자신의 흡수 파장이기 때문에 강한 형광을 내지만 acceptor는 자신의 흡수 파장과 차이가 크므로 약한 형광을 내게 된다. 하지만 그림 1 (b)와 같이 두 형광체 사이가 가까운 경우 들뜬 상태가 된 donor가 방출할 에너지를 acceptor로 전달하여, donor는 약한 형광을, acceptor는 강한 형광을 내게 된다.³

본 실험에서 사용한 유전물질 oligonucleotide는 수 개에서 수십 개의 염기로 이루어진 짧은 유전체를 말한다. Oligonucleotide는 임의의 염기 서열로 합성 할 수 있는데, DNA 염기 서열 확인, PCR, DNA, RNA 구조 해석 및 유전자 발현 해석 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

그림 1. FRET 현상의 도식

본 실험에서는 그림 2와 같이 10개의 상보적 염기서열을 가진 oligonucleotide 한 쌍을 사용하였다. 하나의 5’end에는 형광 표지자 Alexa Fluor^® 488을 붙여 donor로 사용하고, 다른 하나의 5’end에는 형광 표지자 Alexa Fluor^® 532를 붙여 acceptor로 사용하였다. (그림 2)

Donor와 acceptor를 혼합하기 전에는 각각의 형광 특성을 보이지만, 혼합 후에는 두 oligonucleotide가 혼성화되어 두 형광 표지자 사이의 거리가 약 35A로 유지되므로 FRET 발생의 두 번째 조건이 성립한다.

본 연구를 통해 FluoroMaster Plus Software의 Wave Scan mode를 이용하여 donor와 acceptor가 FRET 발생의 첫 번째 전제 조건에 만족하는지 확인하고, FRET 에 의한 각 파장의 세기를 변화를 확인하였다.

그림 2. Oligonucleotide를 이용한 FRET 현상 확인