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유전자분석으로 어떻게 범인을 잡나? 목록

조회 : 12515 | 2009-10-19

이런 사건이?
서울 외곽 신도시 주변의 한 아파트에서 절도사건이 일어났다. 범인은 대낮에 귀신같이 현관문을 열고 들어가 집안을 뒤져 장롱에 보관하고 있던 현금 등 금품을 털어 유유히 사라졌다. 사건 당시 옆집에 사람이 있었지만 전혀 눈치를 채지 못했다. 신고를 받고 출동한 경찰은 범인의 흔적이 있는지 여부를 정밀하게 검사하였다. 하지만 범인이 남긴 흔적이라고는 단지, 방바닥에서 모발 몇 점을 수거한 것이 전부였다. 과연 이 채취한 모발 중에 범인의 것이 있을까? 범인의 것이 있다면 어떻게 확인할까?




범죄 수사에서 유전자분석은?
사건 현장에서 채취되는 다양한 증거물에서 범인을 추정할 수 있는 방법은 여러 가지 분석 방법이 있다. 유전자분석은 사건 현장에서 범인이 흘린 여러 인체 유래의 증거물을 분석하여 범인을 특정할 있어 범인의 검거에 중요한 역할을 하고 있다. 유전자분석 방법이 개발되기 전까지는 혈액형 (ABO식 혈액형 등), 효소형 등을 분석하여 개인을 식별하거나 신원을 확인하였다. 하지만 이런 방법들은 확률이 낮고 (같은 형을 갖는 사람들이 많음) 많은 양의 시료가 필요하며 부패되거나 오염된 시료에서는 불가능한 경우가 많았다. 유전자분석은 기존의 분석 방법의 개인식별력과 분석 시료의 한계를 극복하고 범인을 특정하는 것이 가능해졌으며 적은 양과 부패된 시료 등에서도 분석이 가능하다. 유전자분석은 단순하게 범인을 특정하고 범인을 확증하는 개인식별 분야뿐만 아니라 6.25전상자 신원확인, 독립유공자 가족 확인, 잃어버린 미아 찾기 주기 사업, 신원불상자 신원확인, 고고학적 응용, 동물의 혈통 보전 등 응용분야가 매우 넓다.




유전자분석의 역사
‘DNA 핑거프린팅’ 또는 ‘DNA 타이핑’ 의 용어는 영국의 유전학자인 알렉 제프리즈에 의해 처음으로 알려졌다. 제프리즈 박사는 염기서열이 반복되는 부위를 포함하는 DNA의 부위를 발견하였으며 사람마다 그 반복되는 숫자가 다르다는 것을 알았다. 제프리즈박사는 이 부분을 분석함으로서 사람의 개인식별이 가능함을 확인하였다. 1985년에는 Mullis가 실험관에서 유전자를 증폭하는 중합효소연쇄반응(PCR)을 개발하면서 유전자분석 전반에 획기적인 변화를 가져왔다. 1990년대 초반에는 이 기술을 범죄수사에 응용하고자 하는 노력이 집중되어 많은 연구 결과가 보고되었다. 1990년대 초에는 HLA-DQα 및 D1S80와 같은 다양한 VNTR 부위의 분석이 주를 이루었으나 단연쇄반복(STR)이 보고되면서 거의 대부분의 연구실들이 이들 부위를 분석하였다. 초기의 방법이 적은 시료 또는 부패된 시료에서 거의 분석이 불가능한 반면 STR 부위는 기존의 방법으로 불가능한 부위까지 분석이 가능하게 되었으며 분석 부위가 짧고 반복되는 염기가 2-4개로 매우 적어 분석이 용이하고 자동화하는데 매우 유리하였기 때문이다. 현재까지도 거의 대부분의 실험실에서 이들을 분석에 이용하고 있다.





한편 기술적인 발전이 거듭되어 기존에는 수동적인 분석에 의존하였으나 1990년 대 중반 이 후에는 형광을 표지하여 이를 검출하는 방법이 개발되었다. 1990년대 후반 및 2000년대 초반에는 유전자자동염기서열분석기 등 분석장비가 개발되어 분석 속도 및 예민도가 예전과는 비교할 수 없을 정도로 향상되었으며 한번에 수십 개의 시료를 분석할 수 있는 장비도 개발되어 대량의 시료를 짧은 시간 내에 분석하는 것이 가능하게 되었다. 또한 한번에 여러 개의 좌위를 증폭할 수 있는 키트도 개발 보급되어 편리성이 증대되었다. 우리나라는 1990년 초에 국립과학수사연구소에서 최초로 유전자분석 방법을 개발 도입하여 그동안 많은 발전을 거듭하였으며 현재는 선진 외국과 기술적 격차가 없다.




유전자 분석 원리
범죄수사에서 유전자분석이 가능한 것은 같은 사람에서 유래한 모든 생물학적 시료의 유전자형이 같고 사람의 유전자는 죽을 때까지 유지되기 때문이다. 이 때문에 한 사람이 여러 곳에서 범행을 하고 다른 종류의 증거물이 현장에서 발견되더라도 같은 사람임을 증명할 수 있으며 또한 유전자형을 알고 있으면 세월이 많이 흘러도 범인임을 입증할 수 있는 것이다. 예를 들어, 어떤 범인이 젊었을 때 절도를 하다 손을 다쳐 범행 현장에 혈흔을 남겼으나 검거되지 않았더라도 그가 추후 다른 범죄를 저지르다 검거됐다면 시간과 시료의 종류는 다르지만 이전에 일어났던 절도건의 범인임을 확인할 수 있는 것이다.




유전자분석 과정은
유전자분석은 여러 단계를 거쳐서 시행한다. 각종 감정물에서 DNA를 분리하고 분리된 DNA는 증폭을 하기 위하여 정량을 한다. 증폭은 여러 개의 유전자를 한 번에 분석할 수 있는 키트를 사용하여 분석하고 증폭하고자 하는 좌위를 선택적으로 증폭한다. 증폭 여부를 아가로즈 겔 상에서 확인하고 유전자자동염기서열분석기를 통하여 전기영동 한 후 대조 DNA와 비교하여 유전자형을 확정한다. 유전자분석 과정은 다음과 같다. 1) 증거물의 육안 관찰 및 채취 최초 증거물이 접수되면 증거물의 상태 및 종류, 혈흔의 분포 및 특징, 정액반의 상태, 증거물의 특징 등 증거물 전체에 대한 일반적인 특징을 관찰한다. 이렇게 관찰한 결과는 정해진 서식에 정확하게 기록을 하게 되는데 증거물의 상태, 변형 및 변조 유무 등을 확인하는데 매우 중요하다. 2) 예비실험 육안 관찰이 끝난 증거물에 대해 묻어있는 흔적들이 실제로 혈흔, 정액 등인지의 여부를 판단하기 위해 예비실험을 실시한다. 예비실험에는 혈흔 여부를 판단하기 위한 혈흔 검출시험으로 루미놀 및 LMG 시험, 정액 여부를 감정하는 정액검출 시험으로 SM 시험법, 모발의 육안 관찰 등 매우 다양하게 시행하고 있다.





3) DNA를 분리 및 정량 혈흔, 혈액, 모발, 질내용물, 타액반, 뼈, 조직, 치아 등 인체 유래의 증거물에서 유전자 분석을 하고자 하는 부분을 DNA 분리하기에 알맞은 크기로 절단한 후 감정물의 종류 및 실험하고자 하는 목적에 맞는 분리 방법을 택하여 DNA를 분리한다. 4) 유전자 증폭 분리한 DNA는 중합효소연쇄반응(PCR)을 실시하여 원하는 유전자좌위를 증폭하게 된다. 증폭은 유전자 증폭기에 의하여 이루어지며 여러 개의 분석하고자 하는 부위를 동시에 증폭할 수 있다.





* 유전자 증폭기: 유전자를 증폭하는 장비
유전자 증폭기

 





* 증폭된 DNA : 유전자 증폭기를 통하여 증폭된 DNA(중간의 진한 부분)


 증폭된 DNA



5) 전기영동 및 유전자형 결정 증폭산물의 전기영동은 자동염기서열분석기를 통하여 이루어지며 여러 가지 표준 DNA와 비교 분석하여 감정물의 유전자형을 결정한다. 미토콘드리아 DNA의 경우는 각각의 염기서열 을 모두 결정하며 표준 염기서열과 비교하여 다른 부분을 표시한다.





* 유전자 분석기
유전자 분석기



무엇을 분석할까?
1) STR 분석 단연쇄반복 좌위는 상염색체 상에 존재하며 2∼4개의 염기가 반복되는 특성을 갖는다. 이 반복되는 수가 개인마다 다르기 때문에 개인식별에 이용된다. STR은 기존의 분석 방법으로 불가능한 적은 양의 시료 및 부패한 경우에도 분석이 가능하다.





* STR은 왼쪽과 같이 일정한 염기(위 그림에서 AATG)가 반복되는 부위이다.
STR



* STR 좌위의 분석 결과
STR 좌위의 분석 결과



2) mt-DNA 분석 미토콘드리아 DNA 분석법은 핵 DNA STR 분석과는 다르게 핵 외에 존재하는 미토콘드리아에 있는 DNA를 분석하는 것이다. 미토콘드리아는 약 1.65 kb 정도로 핵DNA에 비하면 매우 작은 원형의 DNA이다. 미토콘드리아 DNA 에는 초변이영역으로 불리는 사람마다 변이가 심한 부위인 HV1 및 HV2 부위가 있는데 각각 약 400 bp 정도 된다. 법과학에서는 이 부분을 분석한다. 미토콘드리아 DNA는 핵 DNA와는 다르게 어머니로부터만 유전되기 때문에 (모계유전) 형제자매만 있는 경우의 신원확인 등에 응용되며 한 세포 안에 많은 수의 복제수를 갖고 있으며 원형의 작은 유전자로 되어 있어 치아 및 뼈와 같이 STR 분석이 곤란하거나 불가능한 시료의 분석에 유용하게 사용된다.





* 미토콘드리아 DNA 분석 결과
미토콘드리아 DNA 분석 결과



사건 해결!
모발 몇 점에서 형태학적 검사를 한 결과 가족들의 모발과는 전혀 다른 형태를 갖는 모발 한 점을 고를 수 있었다 (제1회 모발 속의 과학 중 모발의 형태학적 관찰 참고). 모발의 일부 남아있는 모근에서 유전자분석을 실시해서 남성의 유전자형을 얻을 수 있었다. 이들 유전자형과 미제사건 데이터베이스(해결되지 않은 사건의 현장 증거물에서 검출된 유전자형을 DB에 입력 관리한다)와 비교한 결과 다른 몇 건의 사건에서도 이 범인과 같은 유전자형이 검출되었다. 범인은 결국 다른 사건을 쫓던 경찰에 의해 검거되었으며 이번 사건도 자신이 저질렀음을 시인했다. 유전자분석은 이 사건과 같이 동일한 범인을 확인할 수 있으며, 범인을 검거하는데 결정적인 역할을 한다. 유전자분석 결과는 일치하는 경우 확률로 표현한다. 보통 개인식별력이라고 하는데 [3.2×1014] 이런 방법으로 표현된다. 즉, 우연히 일치할 확률보다 일치할 확률이 3.2×1014 배 높다는 의미이다. 이러한 개인식별력은 지구상에서 같은 유전자형을 갖는 또 다른 사람이 없으며 유일하게 한 사람만 존재하여, 현장에서 검출된 유전자형과 범인의 유전자형이 같다면 그가 범인임을 확증할 수 있게 되는 것이다.





한걸음 더!
범인 한명이 여러 건의 사건을 저질렀다면 어떻게 확인할 수 있을까?-미제사건 데이터베이스현대는 교통망이 잘 발달하여 사람들의 이동 속도가 빨라지는 등 편리성이 증가하였지만 범죄자들에게는 더 큰 이동성을 제공하였다. 따라서 하루에도 여러 곳을 돌아다니며 범죄를 할 수 있다는 것이다. 하지만 수사관서는 각 지역을 관할하기 때문에 이런 경우 한 곳에서 범인이 잡혔더라도 경찰관서 사이에 정보가 공유되었다 해도 또 다른 범죄와의 연관성을 밝히는 것이 어려운 경우가 많다. 하지만 검출된 유전자형을 데이터베이스로 관리하면 유전자형의 동일성 여부를 알 수 있다. 즉, 다른 사건에서 검출된 유전자형 중에 같은 유전자형이 있는지 검색을 하면 되는 것이다. 이것은 사람의 유전자형은 한 사람의 유래의 어떤 시료이건 모두 같으며 세월이 흘러도 같기 때문에 가능한 것으로, 범인이 어떤 장소에서 범행을 하든 어떤 증거물이 채취가 되었든 같은 사람의 시료에서는 같은 유전자형이 검출되기 때문에 장소와 때는 달라도 동일성 여부를 알 수 있는 것이다.




주제!
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