1. 서론생물학자들은 유전 현상을 이해하기 위하여 지구상에 번성하는 생물들 사이의 동질성과 변이성의 관찰로부터 시작하였다. 사람의 경우 가계도는 반복되는 형질 유전의 양상을 도출해 내는데 큰 도움이 된다. 그러나 점차로 이러한 관찰과 단순한 기록은 경험에 의하여 보강되고 있다. 여러 세대를 통하여 실제 실험을 수행하면서 보다 정교하게 유전의 본질에 대하여 연구를 시작하였다. 그 결과는 신비로운 만큼 정교하게 특정 형질들이 세대와 세대 사이에 복제되어 갑작스럽게 또는 점진적으로 나타나기도 하였다.이제 우리는 생명공학을 이용하여 유전 형질의 구성을 매우 정교하고 독특하게 바꿀 수 있는 시대에 살고 있다. 유전의 원인 분자들에 대한 이해가 이루어지므로 이러한 발전이 가능하게 되었다. 생물학자들은 핵산이라는 고분자 물질이 유전의 단위(유전자)임을 알게 되었다. 유전자는 생물의 특성을 결정하는 형질의 물질적 매개체로 인식된다. 오늘날 유전자의 그림이 완성되기까지 수십 년이 걸렸다. 우리는 유전자가 염색체의 부분이며 살아있는 세포의 핵 안에 있음을 안다. 유전자는 DNA의 조각들이 모아진 것이며, 한곡의 음악을 연주하기 위한 악보와 같이 유전형질을 결정하는 정보가 암호 형태로 운반된다. 이와 같은 유전의 물질적 근본이 잘 이해되어 생물학, 의학, 약학, 농업 및 축산업 등 생물 관련 분야에서 인위적인 유전자 변조의 방법을 모색할 수 있게 되었다. 이것이 생명공학의 핵심 분야 중 하나인 유전자 변형이다.유전병은 많은 사람들에게 심각한 영향을 준다. 오늘날 생명과학과 의학의 발달은 암, 심장마비 등 인간에게 치명적인 질병들 뿐 만 아니라 희귀한 유전병인 근육 위축증과 낭포성섬유증 등에 의한 조기사망으로부터 치유 가능성을 열어놓았다. 이제 유전병을 가지고 태어날 유세의 탄생을 원천 봉쇄할 수도 있으며, 나아가 우수한 유전 형질을 가진 동물을 탄생시킬 수 있는 무한한 이론적 가능성과 기술적 성과를 거두고 있다. 그러나 생명고학의 기술이 지향하는 첫째의 목표는 유전 질환의 완전한엄청난 수의 종과 균주를 포함한다. 미생물은 질병의 매개자이기도 하지만 대부분은 유익하여 죽은 생물의 분해, 무생물보다 훨씬 빠르게 증식하기 때문에 진화속도 역시 대단히 빠르다. 미생물은 환경변화에 신속히 적응하여 생존에 유리한 방향으로 변이차를 생산한다. 미생물들은 또한 다양한 방법으로 풍부한 유전자의 수평적 유동에 관여한다.알코올 음료, 치즈 및 빵 등 식품을 위하여 인류는 선사 시대부터 미생물을 사용해오고 있다. 금세기 초 과학자들은 특정한 물질을 생산하기 위하여 미생물을 이용하기 시작하였다. 제 1차 세계대전 중 맨체스터로 이민 온 독일 화학자 바이쯔만은 폭발물 제조에 필요한 용매인 아세톤의 생산에 클로스트리디움의 이용 방법을 개발하였다. 제 2차 대전 중에는 독일 과학자 차인과 오스트리아 병리학자 홀로리는 곰팡이 페니실리움으로부터 페니실린의 정제로 항생제 혁명을 시작하였다. 김대재, 2000, 생명공학의 기술과 미래, 충북대학교 출판부, p671) 페니실린: 최조의 항생제페니실린의 발견은 유전자 변형이 시작되기 오래 전에 이루어졌고 이는 미생물로부터 얻어지는 최고의 의약품이었다. 플레밍은 1928년 런던의 성 매리 병원에서 피부에 감염을 일으키는 박테리아 균주를 배양하던 중 곰팡이의 오염을 확인하였다. 페니실리움으로 확인된 이 곰팡이가 박테리아를 파괴하는 물질을 생산함을 확인하였다. 플레밍은 그 물질을 페니실린이라 불렀지만, 화학자였던 자신도 그것을 정제할 수 없었다. 풀레밍은 이 물질을 실험도구로써 감수성이 없는 균주의 배양에서 감수성 박테리아의 생장을 저해할 수 있다고 생각한다. 감염의 치료제로써 페니실린 투약에 대한 생각은 약 10년 후 홀로리, 차인 및 옥스퍼드의 윌리엄 둔 병리학교 연구진에 의해 적극적으로 수용되었다. 그것은 수많은 전쟁 부상자의 감염된 상처 치료에 긴급히 필요했기 때문이다. 홀로리, 차인 및 히틀리는 페니실린의 추출과 정제에 성공하였다. 먼저 실험동물에 대한 적용 실험에서 특정한 세균에 의한 감영을 극적으로 치료하였다. 또한방법의 최대 장점은 바이러스의 오염으로부터 안전하다는 것이다. 죽은 동물에서 추출한 호르몬의 위험성은 1980년대 후반에 있었던 의료사고에서 알 수 있다. 왜소증에 걸린 3명의 어린이가 크로이펠트-야콥(CJD) 병으로 사망한 사람의 뇌하수체로부터 추출한 성장호르몬 주사를 맞았었는데 이 아이들은 모두 CJD로 사망하였다. 원인은 오염된 조제 호르몬에 의한 것으로 밝혀졌으며, 이 후에 이것은 추출 호르몬의 사용에 대한 금지를 불러왔으며 세균을 통한 유전자 재조합으로 생산되는 호르몬의 개발을 가속화 시켰다.지난날 대부분의 암을 치료할 수 있는 특효약으로 대중에게 과대 광고된 인터페론은 이제 여러 가지의 형태로 알려지고 있다. 이들 중 일부는 유전자 재조합에 의해 만들어지고 있으며 항암과 항바이러스 제재로 사용될 가능성이 높다. 인터페론 알파는 모발 세포성 백혈병에 효과적인 치료제로서 확고하게 인증 되었으며, 사람의 파필로마 바이러스 감염에 의한 외음부사마귀 등 양성 조양에도 효과가 있다. 유전자 변형에 의해 제조된 인터페론은 적기에 투여할 경우 B형 및 C형 간염의 치료에 효능이 입증되었다.백혈구 세포의 생산 촉진과 감염에 대항하는 면역 반응에 주요 역할을 하는 조혈세포 증식 제어 인자 또한 유전자 변형 생물을 통하여 생산되고 있다. 이들 중 과립성 백혈구 증식인자(G-CSF)는 많은 항암제의 부작용인 백혈구 세포의 기능 손상으로 인한 감염으로부터 환자를 보호할 수 있다. 과립성 백혈구 증식인자는 백혈구의 형성을 증진시키고자 AIDS 환자에게 투여된 바 있다. 최근에 국내에서도 G-CSF가 형질전환 된 염소의 유유에서 생산되어 앞으로 임상에의 적용에 큰 기대를 걸고 있다. 백혈구의 분화와 생장을 조절하는 인터류킨-2도 종야 회저 인자로서 항암효과를 나타낸다.조혈 촉진 호르몬의 하나인 에리쓰로포이에틴은 신장에서 생산되는 생장 인자로 골수에서 적혈구 세포를 생성하도록 자극한다. 이것은 사람 유전자로 형질 전환된 박테리아에서 만들어 질 수 있으나 보다 우수한 도구는 중국기대되고 있다. 아트리오펩틴은 심장에서 생성되는 호르몬이다. 여러 형태의 아트리오펩틴이 밝혀졌고, 이는 혈압 조절에 각기 다른 역할을 한다. 유전자 변형에 의해 생산된 아트리오펩틴은 의학 분야에서 그 가치가 입증되고 있다.응용분야로써 부각되는 다른 하나는 혼성 항생제의 개발이다. 이것은 균류나 세균성 항생제 생산과 관련된 유전자를 변형하여 만들어지는데, 이는 분자 구조의 변형을 통해 가능하다. 혼성 항생제는 항생제 저항성 박테리아에 의해 발생하는 문제의 해결에 도움이 될 수 있을 것이다. 위치 지향성 돌연변이 유도는 호르몬의 구조를 바꾸는데 적용된 바 있으며 자연산 보다 높은 선별 기능으로 인해 혼성항생제의 전망은 매우 밝다.많은 종류의 백신 생산은 1세기가 지나도록 초창기의 원리에서 크게 벗어나지 못하고 있다. 살크 소아마비백신은 살균된 미생물로 만들어지나 면역성을 일으키는 능력을 보유하고 있다. 사빈소아마비 백신은 살아 있는 바이러스이지만 약화시켜 발병하지 못하도록 하며, 접종으로 면역된 사람으로부터 군집 내 다른 사람에게로 소아마비에 대한 면역성이 전파되도록 한다. 전통적인 백신은 모두 미생물의 대량배양을 필요로 한다. 나병 백신과 같은 경우 미생물의 대량 배양으로 생산한다는 것은 그리 간단한 작업이 아니다. 백신의 제조 분야에도 유전자 변형은 두 가지의 가능성을 제공한다. 하나는 항원 단백질을 암호화하는 유전자를 도입한 무해 박테리아를 배양하므로 병원성 미생물에 대한 항체의 생산을 유도하는 것이다. 이 단백질은 단일항체를 사용하여 정제될 수 있다. B형 간염, 파상풍 및 디프테리아 등의 백신은 이러한 방법으로 만들어졌다. 다른 하나는 살아있는 백신을 제조하는 것이다. 이 또한 미생물에 유전자의 삽입으로 가능하고 무해하지만 항체-유도 항원 생성 유전자를 함께 운반한다. 이것은 유전자 변형 생물의 방출이 요구되기 때문에 보다 세심한 주의를 필요로 한다.많은 바이러스는 당단백질 껍데기 내에 핵산 및 최소한의 단백질로 구성되어 살아있는 세포에 침입해야만 증식이아야 한다. 김완주, 2001, 생명과학과 벤처비지니스, 미래M&B, p169~p1713) 다기능 백신식중독의 원인 균인 살모넬라는 새로운 형태의 백신을 위해 사용되고 있다. 살모넬라균에서 특정 효소를 암호화하는 유전자들이 제거된 바 있다. 이것은 박테리아를 불구로 만들어 면역성을 유발하기에 충분한 기간만 생존하도록 하여 체내에 침투하지도 질병을 일으키지도 않는다. 비록 세균들은 그들의 서식처인 대장에 도달하게 되지만 수일 이내에 죽어 없어진다. 또한 제거된 유전자 부위에 외래 유전자 들이 삽입될 수 있다. 파상풍, 독감 및 말라리아 등의 항원을 박테리아에서 만들 수 있는 기능을 주고 그들에 대항하는 항체의 생산을 유도할 수 있다. 동일한 박테리아에 한개 이상의 외래 유전자가 삽입될 수 있으며, 여러 가지의 질병에 대항하는 면역성을 동시에 부여할 수 있다. 즉 한번의 예방주사로 여러 가지의 질병에 대한 면역성을 모두 확보할 수 있게 되는 것이다.또 다른 항원 유전자의 운반자는 박씨니아 바이러스로써 이것은 천연두가 완전히 사라진 1978년까지 면역을 위해 사용되었다. 독감, B형 간염, 광견병, 우역 및 다른 바이러스로부터 분리된 유전자들이 박씨니아로 도입된 바 있다. 광견병 바이러스의 유전자를 가진 박씨니아가 최근 유럽의 야생에서 시험된 바 있다. 그 결과 여우에서 광견병에 대한 면역성 유도의 효과가 입증되었다. 과학자들은 사람에 대한 박씨니아의 사용에 주의를 요구한다. 즉, 이들읜 우연한 부작용을 지적하고 있다. 왜냐하면 박씨니아가 살인적인 천연두를 퇴치하고자 전파되었을 때 내성이 발생했던 사례가 있었기 때문이다. 따라서 목표하는 질병이 그다지 위협적이지 않다면 자제해야 한다는 것이다. 또한 과학자들은 HIV에 의해 많은 사람들이 감염된 아프리카와 미국 등에 박씨니아 백신이 사용된다면 감염에 대한 신체의 면역반응을 교란하여 합병증을 초해할 수 있다고 경고한다.다기능 백신의 유용성은 경제적으로도 대단히 매력적이다. 사람은 일생동안 많은 예방주사를 맞고 살아가고 이것
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