도핑 (doping) 이란 금지약물 등을 복용하는 부정행위를 말합니다.

금지약물을 복용했는지 알아보기 위해 도핑테스트를 합니다.

도핑테스트는 선수들의 소변이나 혈액 중에 미량의 금지약물을 분석하는 것입니다.


연합뉴스) IOC "베이징·런던 올림픽 45명 도핑 추가 확인"
https://pgrer.net/?b=8&n=66500
http://sports.news.naver.com/sportsetc/news/read.nhn?oid=001&aid=0008560388


이런 기사가 있었어요. 지난 올림픽때 선수들의 소변시료를 보관했다가 다시 검사한다는 것인데 도대체 뭐하는 시츄에이션인지 궁금하셨을 거에요.
반도핑기구 ( World Anti-Doping Agency, WADA, www.wada-ama.org) 에서 금지약물을 지정하는데 선수들이 경기력 향상을 위해 사용되는 약물의 수도 증가하고  약물을 사용하는 방법도 지능화되어 실제 무슨 약물이 불법으로 사용되는지 꾸준히 모니터링하여 금지 약물의 리스트도 늘어나고 분석기술도 발전하고 있습니다.

CSI 같은 미드를 보면 약간의 시료만으로 "마법의 기계"를 통해 단 몇 분만에 무슨 물질인지 무슨 제품의 흔적인지 알아냅니다. (과장이 너무 심하죠. 거의 신급으로 분석하는지라...물론 DNA를 통한 유전자 감식은 다른 방법으로 하죠. Noncoding DNA 와 유전자 감식 https://pgrer.net/?b=8&n=65679 ) 만약 그렇다면 도핑테스트에도 선수들의 소변시료를  이 "마법의 기계"로 분석하여 모든 물질을 전부 분석해내면 되는 것 아닌가요?

하지만 현 분석 기술로는 시료의 양이 많지 않고 여러가지 물질이 미량으로 혼합되어있는 경우라면 그 시료에 무슨 물질들이 들어있는지 전부 알아내는 것은 거의 불가능에 가깝습니다. 특히 유기물을 포함해 미량의 물질들이 혼합되어있는 혈액이나 소변 같은 생체 시료의 경우는 더더욱 어렵습니다.

그럼에도 불구하고 그 시료에 무슨 물질들이 들어있지는 전부를 알지 못하지만 분석기술이 확립되어있는 특정 물질을 분석하고자 하면 미량이더라도 분석해낼 수 있습니다. 분석하고자 하는 물질의 순수한 standard가 존재하고 질량분석기 Mass spectrometry 라는 놀라운 분석기기 (마법의 기계) 가 있다면 가능한 일이죠. 소변 중 금지약물 리스트에 올라가 있는 물질들은 분석해낼 수 있고 다음에 그 리스트가 추가되고 분석기술이 추가되면 그 과거 시료로부터 업데이트 된 금지약물을 추가로 분석해 낼 수 있다는 이야기 입니다. 따라서 위의 기사는 지난 올림픽에서는 당시 금지약물 리스트에 있는 물질들만 분석을 했고 추후 경기력을 향상을 위해 선수들이 사용하는 약물이 추가로 확인되면 금지약물리스트에 추가하고 이에 대한 분석법도 추가되어 과거 시료로부터 추가로 분석하였다는 것으로 보입니다.

질량 분석기에는 여러 종류가 있는데 이번에는 미량분석에 사용되는 Tandem Mass Spectrometer 에 대해서 알아보겠습니다. 미드 CSI 에서 사용되는 기기도 이로 추정되는데 주로 scan만 하는 걸 보니 single mass로만 사용되는 걸로 추정됩니다.




혼합물 시료에 수백가지의 물질이 들어있고 이 중 금지약물만 분석해내는 기술로

1. 우리가 원하는 물질 M이라고 하면 우선 혼합물에 강력한 전기에너지를 주어 분석하고자하는 물질 M+을 이온화하고 (경우에 따라 M-가 되기도 합니다.)

2. 자기장을 이용하여 진공상태의 분석기기로 끌어들인다음 질량별로 분류하여 다른 물질들은 버리고 우리가 원하는 물질M+만 분석기기를 지나가게합니다. (MS1)

3. 실제 질량은 같으나 조성식과 구조식이 다른 물질을 구분하기 위해서 물질M+에 더 강력한 전기에너지를 주어 물질을 쪼개고 (M+ = M1+,M2+로 쪼개진다고 가정하면) 물질 M+에서 기인한 물질 M1+만 분석기기를 지나가게 합니다. (MS2)

혼합물 시료에서 물질M, M+, M1+로 이어지는 시그널 신호와 농도를 아는 순수물질 standard M, M+. M1+에서 나온 시그널 신호와 비교하여 (농도별로 분석하고 regression하여) 시료 중 금지약물인 M 의 농도를 알아냅니다.


이 분석기술로 보통 ng/ml ~pg/ml 수준으로 분석해내는데 이는 차스푼 하나 정도인 1g의 물질을 1,000~1,000,000톤의 물에 녹인 용액의 농도를 분석해 내는 수준입니다. 질량분석기를 이용하면 며칠 전 동료가 담배를 피워서 그 연기를 마신 사람의 혈중 니코틴 농도를 분석할 수 있을 만큼 대단한 수준입니다.




실제는 질량분석기에 물질을 들어가기 전에 물질의 지용성이나 수용성의 수준에 따라 분리해내는 LC (Liquid Chromatography) 를 통과시켜 대충 시료를 분리해내고 전기에너지를 이용해 물질을 이온화시키고 진공상태의 질량분석기로 시료가 들어갑니다.

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