본문내용
1. 세균 플라스미드
1.1. 플라스미드의 정의와 특징
플라스미드는 세균 세포 안에 존재하며 세포의 생존에는 필수적이지 않은 DNA 분자이다. 플라스미드는 세균 유전체와 독립적으로 복제되고, 세균 세포가 분열할 때 자손 세균에 전달되기 때문에 세균 내에 무한적으로 유지될 수 있다. 많은 플라스미드는 원형의 DNA 분자이지만 어떤 것들은 선형이기도 하다. 플라스미드는 그들의 생식을 위해 숙주 세포의 DNA 복제효소에 의존하지만, 모든 플라스미드는 복제 개시점이 될 수 있는 적어도 한 개의 DNA 염기서열을 갖고 있어 복제의 개시는 플라스미드 유전자에 의해 조절된다. 그리고 커다란 플라스미드의 경우 복제에 필요한 특수한 효소 유전자를 갖고 있기도 하다. 하나의 세균 내에 존재하는 각각의 플라스미드 분자의 수를 사본수라고 하는데, 세포 안에서 특정 플라스미드의 사본수는 복제를 조절하는 기작에 의해 좌우된다. 고 사본수 플라스미드(이완 플라스미드)는 숙주 세포 당 50개 정도 발견되는 반면, 저 사본수 플라스미드(긴축 플라스미드)는 세포 당 1-2개 정도 나타난다. 플라스미드의 크기 범위는 수 kb부터 수 백 kb이고, 대부분의 세균 종에서 발견된다. 플라스미드의 존재는 전자 현미경을 통해 물리적으로, 혹은 DNA 표본의 겔 전기영동을 통해 발견할 수 있고 항생제 저항성과 같은 플라스미드가 숙주세포에 주는 표현형적 특징에 의해 발견되기도 한다. 이와 같은 플라스미드는 그 특성이 cloning 벡터로써 적합하기 때문에 벡터로 많이 이용된다.플라스미드의 종류는 그 분류 기준에 따라 여러 가지로 나뉜다. 먼저 플라스미드 중 세균 염색체 내로 플라스미드를 삽입시켜 복제하는 삽입 플라스미드(혹은 에피솜)이 있고, 그렇지 않은 비삽입 플라스미드가 있다. 또한, 접합 플라스미드와 비접합성 플라스미드가 있는데, 접합 플라스미드는 세균 세포들 간의 유성접합을 증진시키는 능력을 갖고 있으며 이 유성접합에 의해 세균 접합 플라스미드가 한 세포로부터 다른 세포로 합성·전달될 수 있다. 반면 비접합성 플라스미드는 이러한 DNA mobilization의 전달 중개가 없다. 하지만 자연계에 존재하는 플라스미드를 분류하는 가장 좋은 방법은 플라스미드가 갖고 있는 유전자에 의해 나타나는 주요 특성에 의해 분류하는 것이다. 이러한 분류에 의해 주요 플라스미드 5가지를 나눌 수 있는데, F 플라스미드, R 플라스미드, Col 플라스미드, 분해 플라스미드, 독성 플라스미드가 있다.
1.2. 플라스미드의 분류
1.2.1. 삽입 플라스미드와 비삽입 플라스미드
삽입 플라스미드(에피솜)는 세균 염색체 내로 플라스미드를 삽입시켜 복제하는 플라스미드이다. 반면 비삽입 플라스미드는 세균 염색체 내로 삽입되지 않고 독립적으로 복제되는 플라스미드이다. 삽입 플라스미드는 숙주 세균 염색체에 통합되어 복제되므로 숙주 세균의 생존에 필수적이지만, 비삽입 플라스미드는 숙주 세균의 생존에 필수적이지 않고 독립적으로 복제된다. 따라서 삽입 플라스미드는 숙주 세균과 함께 분열하며 전달되지만, 비삽입 플라스미드는 숙주 세균으로부터 다른 세균으로 독립적으로 전달될 수 있다. 이처럼 삽입 플라스미드와 비삽입 플라스미드는 복제와 전달 방식에서 차이가 있다.
1.2.2. 접합 플라스미드와 비접합성 플라스미드
접합 플라스미드와 비접합성 플라스미드는 세균에 존재하는 중요한 플라스미드 유형이다. 접합 플라스미드는 세균 세포 간 유성접합을 증진시키는 능력을 갖고 있으며, 이 유성접합에 의해 접합 플라스미드가 한 세포에서 다른 세포로 전달될 수 있다. 반면 비접합성 플라스미드는 이러한 DNA 전달 기능이 없다. 접합 플라스미드는 자신의 전달을 위해 숙주 세포를 이용하지만, 비접합성 플라스미드는 숙주 세포의 도움 없이 자신을 복제하고 유지한다. 따라서 접합 플라스미드는 자신을 다른 세균 세포로 전파할 수 있지만, 비접합성 플라스미드는 그렇지 않다. 이처럼 접합 플라스미드와 비접합성 플라스미드는 세균 유전체의 전파와 유지에 서로 다른 메커니즘으로 작용한다. 접합 플라스미드는 항생제 내성 유전자를 효과적으로 전염시킬 수 있어 임상 미생물학에서 중요한 의미를 지니며, 비접합성 플라스미드는 숙주 세포에 대한 의존도가 낮아 안정적인 유지가 가능하다. 이처럼 두 유형의 플라스미드는 서로 다른 특성을 보이며, 세균의 유전체 진화와 환경 적응에 있어서 중요한 역할을 수행한다.
1.2.3. 주요 플라스미드의 유형
F 플라스미드는 전환 유전자(tragene)를 갖고 있으며 플라스미드의 접합 전달을 촉진시킨다. R 플라스미드는 RTF와 R-determinant로 구성되어 있으며, 암피실린, 수은 등과 같은 1개 혹은 그 이상의 항균성제에 저항하는 유전자를 숙주 세균으로 운반한다. R 플라스미드는 임상 미생물학에서 아주 중요한데, 자연적으로 퍼져 나가는 것이 박테리아 감염 치료에 중요한 결과를 가져올 수 있기 때문이다. Col 플라스미드는 다른 박테리아를 죽이는 단백질인 콜리신 유전자가 있다. 분해 플라스미드는 톨루엔과 살리실산과 같은 특이한 분자를 숙주 박테리아가 신진대사 하게 한다. 독성 플라스미드는 숙주 박테리아에 병원성을 부여한다. 예로 애기장대의 Ti플라스미드가 있다.
2. 파지 라이프 사이클
2.1. 용균성 생활사
박테리오파지는 숙주 세포인 박테리아의 표면에 있는 특수한 수용체와 꼬리 섬유가 결합하여 부착한다. 이후 박테리오파지의 DNA 또는 RNA가 숙주 세포로 유입되고, 숙주 세포의 DNA는 분해된다. 유입된 박테리오파지의 유전물질은 숙주 세포의 효소를 활용하여 박테리오파지의 단백질을 생성하고 자신의 유전자를 복제한다. 생성된 단백질과 유전물질이 조립되어 새로운 박테리오파지를 형성한다. 숙주 세포의 세포막을 파괴하는 효소가 생산되고 세포막이 파괴되어 숙주 세포가 터진다. 마지막으로 새로이 생성된 박테리오파지가 외부로 방출되는데, T4 파지의 경우 하나의 숙주 세포에서 100~200개의 새로운 바이러스가 생성된다. 이처럼 용균성 생활사에서 박테리오파지는 숙주 세포를 파괴하며 증식한다.
2.2. 용원성 생활사
박테리오파지가 숙주 세포에 부착하고 그 후에 박테리오파지의 D...
