샤가프의 법칙

3. 연구

샤가프의 제2법칙은 1968년에 발견되었다.^[3] 1993년 비나야쿠마르 V. 프라부(Vinayakumar V. Prabhu)는 주어진 올리고뉴클레오타이드와 그 역상보 올리고뉴클레오타이드의 빈도가 거의 같다는 대칭 원리를 제안했다.^[5] 2006년, 이 규칙은 진핵생물 염색체, 세균 염색체, 이중 가닥 DNA 바이러스, 고균 염색체 등 5가지 유형의 이중 가닥 게놈 중 4가지에 적용됨이 밝혀졌다.^{[2] [24] [25]} 20~30kbp보다 작은 세포 소기관(미토콘드리아, 색소체) 게놈, 단일 가닥 DNA 바이러스, 또는 모든 유형의 RNA 게놈에는 적용되지 않는다.^[2]

1960년대 바츨라프 시비알스키(Wacław Szybalski)는 박테리오파지 암호화 서열에서 퓨린(A, G)이 피리미딘(C, T)보다 많음을 보였으며,^[9] 이를 "시비알스키 규칙"이라 한다. 샤가프의 제2규칙과 시비알스키 규칙의 결합 효과는 암호화 서열이 균등하게 분포되지 않은 세균 게놈에서 나타난다.

3. 1. 세포 소기관 DNA와 샤가프 법칙

3. 2. 샤가프 제2규칙의 확장

일례로, 전체 인간 유전체를 첫 번째 코돈 판독 틀을 사용하여 계산하면, 36,530,115개의 TTT와 36,381,293개의 AAA (비율 % = 1.00409), 2,087,242개의 TCG와 2,085,226개의 CGA (비율 % = 1.00096)가 나타난다.

2020년에는 이중 가닥 DNA(dsDNA)의 물리적 특성과 모든 물리적 시스템의 최대 엔트로피 경향이 샤가프의 제2 대칭 규칙의 원인으로 제안되었다.^[16]

3. 3. 샤가프 제2규칙의 물리적 기원 (2020년 연구)

4. DNA 염기 비율

에르빈 샤가프가 1952년에 발표한 자료를 대표적으로 보여주는 다음 표는 다양한 유기체의 DNA 염기 조성을 나타내며, 샤가프의 두 규칙을 모두 뒷받침한다.^[17] A/T와 G/C 비율이 1에서 크게 벗어나는 φX174와 같은 유기체는 단일 가닥 DNA를 가짐을 나타낸다.

5. 한국의 샤가프 법칙 연구

샤가프의 법칙과 관련된 한국의 연구는 주로 유전체학 및 생물정보학 분야에서 활발하게 진행되고 있다. 특히, 한국 고유의 생물 자원과 관련된 연구가 주목받고 있다.

김치 유산균의 유전체 분석을 통해 김치의 발효 과정에 관여하는 미생물의 다양성과 기능을 밝히는 연구가 진행 중이다.^[1] 또한, 독도와 같은 한국 고유의 생태계에 서식하는 미생물의 유전체를 분석하여 샤가프의 법칙을 검증하고, 새로운 생물학적 발견을 이끌어내려는 시도도 이루어지고 있다.^[2]

이러한 연구들은 샤가프의 법칙을 기반으로 한국의 생명과학 분야 발전에 기여하고 있으며, 앞으로도 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다.

참조

_[1] 논문 On the deoxyribonucleic acid content of sea urchin gametes
_[2] 논문 Composition of the deoxypentose nucleic acids of four genera of sea-urchin
_[3] 논문 Separation of ''B. Subtilis'' DNA into complementary strands. 3. Direct analysis
_[4] 논문 The Z curve database: a oraphic representation of genome sequences
_[5] 논문 Symmetry observation in long nucleotide sequences
_[6] 서적 Mathematical Grammar of Biology Springer 2017
_[7] 서적 Chargaff's "Grammar of Biology": New Fractal-like Rules
_[8] 논문 A test of Chargaff's second rule
_[9] 논문 Pyrimidine clusters on the transcribing strand of DNA and their possible role in the initiation of RNA synthesis
_[10] 서적 Characterization of G0/G1 switch genes in cultured T lymphocytes Queen's University
_[11] 논문 Deviations from Chargaff's second parity rule correlate with direction of transcription
_[12] 논문 Thermophilic Bacteria Strictly Obey Szybalski's Transcription Direction Rule and Politely Purine-Load RNAs with Both Adenine and Guanine
_[13] 논문 Deviations from Chargaff's second parity rule in organellar DNA. Insights into the evolution of organellar genomes
_[14] 논문 Asymptotically increasing compliance of genomes with Chargaff's second parity rules through inversions and inverted transpositions
_[15] 논문 Codon populations in single-stranded whole human genome DNA are fractal and fine-tuned by the Golden Ratio 1.618 2010-09
_[16] 논문 DNA sequence symmetries from randomness: the origin of the Chargaff's second parity rule 2020-04
_[17] 논문 DNA structure: Revisiting the Watson-Crick double helix http://eprints.iisc.[...] 2013-07-26
_[18] 논문 CBS Genome Atlas Database: A dynamic storage for bioinformatic results and sequence data
_[19] 논문 The Z curve database: a graphic representation of genome sequences
_[20] 논문 On the deoxyribonucleic acid content of sea urchin gametes
_[21] 논문 Composition of the deoxypentose nucleic acids of four genera of sea-urchin https://pdfs.semanti[...]
_[22] 논문 Separation of ''B. Subtilis'' DNA into complementary strands. 3. Direct analysis
_[23] 논문 The Z curve database: a graphic representation of genome sequences
_[24] 논문 Composition of the deoxypentose nucleic acids of four genera of sea-urchin https://pdfs.semanti[...]
_[25] 논문 A test of Chargaff's second rule
_[26] 논문 Pyrimidine clusters on the transcribing strand of DNA and their possible role in the initiation of RNA synthesis
_[27] 서적 Characterization of G0/G1 switch genes in cultured T lymphocytes Queen's University
_[28] 논문 Deviations from Chargaff's second parity rule correlate with direction of transcription
_[29] 논문 Thermophilic Bacteria Strictly Obey Szybalski's Transcription Direction Rule and Politely Purine-Load RNAs with Both Adenine and Guanine
_[30] 논문 DNA structure: Revisiting the Watson-Crick double helix http://eprints.iisc.[...] 2019-12-24