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[생물 , 응용생물] 유전공학

생물학중에서도 유전공학에 대해서 조사해 보았다. 먼저 사전적 정의로는 생물의 유전자를 인공적으로 가공하여 인간에게 필요한 물질을 대량으로 값싸게 얻는 기술에 관한 학문이다.1970년대에 들어서면서 경이적인 과학기술의 하나로 큰 주목을 끌고 있으며, 이 분야에는 재조합 DNA 기술(recombinant DNA technology) ·세포융합기술 및 핵치환기술(核置換技術) 등이 있다. 재조합 DNA 기술에 의하여 인공적으로 재조합유전자를 만든 최초의 보고는 1972년 잭슨 등이 제출하였고, 인공적 재조합유전자를 숙주세포에서 형질을 발현시키는 데 최초로 성공한 것은 1973년 F.J.코벤 등이다. 재조합 DNA 기술은 1953년 유전자가 DNA라는 사실과 DNA의 구조가 밝혀지면서 예견될 수가 있었다.이 재조합 DNA 기술은 박테리오파지와 플라스미드에 관한 연구와 DNA에 작용하는 효소들, 특히 제한효소와 DNA리가아제에 관한 연구 등에 의하여 발견된 업적들이 직접 기여했지만, 그 이전부터 꾸준히 계속되어 온 유전과 분자생물학(分子生物學)에 대한 연구의 결과가 바탕이 되었다. 이 기술을 이용한 유전공학은 특정한 유전자를 분자유전학적인 방법으로 분리 또는 합성하여 유전자를 재조합하거나 재조합된 새로운 유전자를 세균 등에 도입하여 특정한 생물활성물질(生物活性物質)을 다량으로 저렴하게 생산하게 할 수 있어서 이미 선진국들은 이의 실용화를 위하여 크게 투자하고 있다.유전공학의 발전은 우리 세계를 바꿀 수 있을 것으로 내다보고 있다. 암(癌)을 제압하고 노화(老化)를 방지하며, 불모의 사막을 결실이 많은 푸른 녹지(綠地)로 만들고 아무리 사용해도 닳지 않는 에너지를 얻을 수 있게 할 수 있어서, 유전공학은 결국 오늘의 인간이 안고 있는 에너지 ·식량 ·의료 등의 문제를 해결해 줄 수 있는 비방을 지니고 있다고 해도 좋을 것이다. 이 때문에 유전공학은 ‘제3의 산업혁명’이라고 할 수 있고, 따라서 그 개발을 위하여 온세계의 기업들이 이의 연구개발에 착수하고 국가들도 전략기술로로 전환하여 사용한다.8) 메신져RNA는 역 전사 효소를 이용하여 DNA로 복제될 수 있다.9) 복제된 c DNA를 미생물 등에 도입시킨다.10) c DNA가 도입된 미생물들을 보관하여 새로운 구조 유전자의 추적에 이용된다.11) 이러한 단백질 유전자를 갖고 있는 미생물의 집단을 c DNA군이라고 한다.A. c DNA군a. 세포 단백질의 구조유전정보의 총집합이다.b. 이 안에서 목표 단백질 유전자는 probe DNA에 해당 c DNA를 선택적으로 결합하는 원리로 찾아낸다.12) 미생물인 경우 메신져RNA는 capping이 되어 있지 않아 더 쉽게 분해 되는 성질을 가진다.13) 그런 이유로 미생물의 c DNA군의 제작은 더 어렵다.14) 그래서 미생물의 경우에는 일반적으로 미생물의 유전체DNA를 작게 절단한 후 미생물 등에 넣어 보관한다.15) 이러한 미생물 유전체절편 집단을 genomic library라고 부른다.16) 미생물 유전자인 경우 인트론이 없는 이유로 특정 단백질 유전자 선별실험에서 genomic library를 진핵 생물의 c DNA library처럼 사용한다.17) 세포 내 기능단백질 인 경우 양이 매우 적어 단백질 서열 결정이 어려운 경우가 있다.18) 이러한 경우에는 면역학적인 선별 법을 이용한다.A. 면역학적 선별 법a. 이때 분리된 단백질을 이용하여 항체를 만든다.b. 그 단백질이 제조되는 폴리 리보솜에 부착한다.c. 그 결과 그 단백질의 합성정보를 가진 메신져RNA를 선별적으로 분리 해 낸다.d. 이와 같이 분리된 메신져RNA는 역 전사 효소를 이용해서 c DNA를 만들어 클로닝하여 보관한다.19) DNA합성을 통해서 유전자 확보를 할 수 있는 방법이 존재한다.20) 한 단백질에 해당하는 유전자의 서열이 알려져 있는 경우에 유전자합성을 통해 얻을 수 있다.유전공학의 사용되는 기술의 특징으로는,1) 유전자 조작 기술인 재조합 DNA기술과 유전자 클로닝 기술이 응용된다.2) 유전자의 본체인 DNA를 인공적으로 조작한다.3) DNA의 조작으 장점을 하나의 작물에 발현시키는 방법을 이용한다.B.인공적인 공장 생산품을 자연적인 방법으로 밭에서 재배할 수 있게 된다.C.GMO 또는 LMO라고 불리는 것 등이 그 예라고 할 수 있다.a. GMO/LMO-유전자 변형 농산물을 의미한다.-식물 또는 미생물, 동물로부터 필요한 유전자를 채취해 낸다.-그런 다음 채취한 유전자를 식물체의 유전자에 주입시킨다.-결과적으로 유전적인 변형을 가진 새로운 식물 종을 창조하게 된다.-여러 개의 유전자 중 필요한 유전자를 선별해서 주입할 수 있다.-원하는 형의 식물체를 대량 생산 가능하게 한다.-다가오는 21세기의 인구증가와 자원고갈에 따른 식량문제를 해결 할 수 있는 방법이다.7) 유전자 재조합 기술로 희귀한 생체 단백질을 대량으로 얻을 수 있다.8) 화학, 생화학, 생물학 등의 연구영역의 공유와 상호발전을 가져 올 것이다.9) 생체분자와 생체 기구의 제조를 가능하게 한다.그리고 유전공학의 문제점으로는,1) 여러 윤리, 도덕적인 면에 있어서 문제점을 가지고 있다.2) 인간의 생명체로 탄생할 수 있는 수정란을 대량 냉동보관하고 있다.3) 복제기술의 발달로 신성시되는 인간을 복제할 수 있는 가능성을 남기고 있다.4) 시험관 내에서 인간 배아를 복제 배양시키고 있다.5) 생명공학 기술의 선점적인 능력에 따라 국가간 또는 개인간의 빈익빈 부익부에 대한 문제를 가져올 수 있다.6) 여러 유전자의 변형으로 인해 앞으로 그 유전자가 미치는 영향에 대해서는 아직도 미지수 이다.7) 생명공학 기술을 둘러 싼 국제전이 양상 될 수 있다.8) 인간의 존엄성을 무시한 풍토와 무단 인간 복제로 인해 인간을 상업적 부수 물로서 상용화 할 우려가 존재한다유전공학의 기본개념 중 세포융합과 재조합에 대해서 알아보았다. 먼저 CELL FUSION[세포융합]을 살펴보면,각광을 받는 세포융합의 응용은 바로 단일클론성 항체의 생산일 것이다. 즉, 림프잡종세포종(hybridoma)을 이용한다. 하이브리도마란 시험관 내에서 생존 증식이 되는 암세포와 생체로부터 진다. 세포를 고장액(高張液)속에서 세포벽 분해효소로 처리함으로써 원형질체를 얻을 수 있다. 세포벽 분해효소로는, 세균에는 리소자임(lysozyme), 효모와 사상균에는 달팽이의 소화관액, 고등식물의 세포에는 셀룰라아제(cellulase)가 쓰인다. 세포벽으로 부터 빼낸 원형질체는 원래의 세포 모양에 관계없이 구형이며 저장액(低張液)에 옮기면 흡수에 의하여 팽창하여 파열한다. 그러나 적당한 삼투압을 유지하는 배양액에서는 세포로서의 여러가지 활성을 유지하고, 또 고분자물질이나 입자의흡수, 세포융합 등 보통의 세포에서는 볼 수 없는 현상을 보여준다. 서로 다른 종의 세포잡종은 두 가지 세포의 유전형질을 동시에 발현한다고 믿어지고 있기 때문에 토마토의 세포와 감자세포를 융합시키면 줄기위에는 토마토가, 땅밑에는 감자가 달리는 이른 바 포마토 (pomato: potato 와 tomato의 합성어)가 된다.다음으로는 재조합(RECOMBINATION)에 대해 알아보면,재조합 DNA기술이 확립되기까지의 연구사를 살펴보면 1953년 Watson과 Crick가 DNA는 이중나선 구조를 가지고 있다는 것을 처음 보고한 이래 생명현상을 DNA 수준에서 연구하려는 소위 분자생물학이라고 하는 새로운 학문 분야가 탄생되었다. 이 분야의 연구가 진행됨에 따라 재조합 DNA기술의 확립과 직접적인 관련이 있는 다음과 같은 몇 가지 중요한 연구 결과가 보고되었다.1. 1967년 Gellert등에 의해 대장균 DNA ligase가 발견되었으며,2. 1970년에 Smith등에 의해 Haemophilus influenzae d 균주에서 DNA를 절단하는 효소(제한효소) Hind III을 분리확인하였고, Yoshimori는 약제내성인자 RI를 가지고 있는 대장균에서 제한효소 EcoR I을 분리 확인하였다.3. 1970년에 Mandel과 Higa는 대장균을 0.1M의 염화칼슘으로 처리하면 대장균막의 투과성이 증가되어 고분자인 DNA가 세포내로 도입이 쉽게 된다는 사실을 발견했다.이와 같은 성과를 기초로 세포에 도입시킨 다음 세포분열을 반복시킨다. 재조합 DNA가 도입된 세포를 재조합체라고 한다.재조합 DNA내의 passenger DNA는 형질발현시킨든지(이종 단백질의 합성) 또는 숙주세포로부터 재조합 DNA를 정제하여 다시 제한효소로 절단하는 과정을 거쳐 passenger DNA를 분리 정제하여 실험에 제공한다(유전자증폭).재조합 DNA기술은 크게 나누어 두 가지 사용법이 있다. 하나는 어떤 생물체의 DNA를 증식이 보다 따른 다른 생물인 대장균에 집어넣어 그 DNA를 증식시켜 유전자분석 등의 실험에 이용하는 것이다. 재조합 DNA기술이 개발되기 전에는 식물이나 동물세포로부터 대량의 DNA를 얻을 수 없었기 때문에 식물이나 동물의 분자 생물학 연구는 미생물에 비해 훨씬 늦어지게 되었다. 그러나 재조합 DNA기술의 출현에 의해 식물과 동물 DNA도 증폭시킬 수 있게 됨에 따라 식물이나 동물의 분자생물학은 급속히 발전하게 되었다.또 다른 한 용도는 증식이 빠른 생물의 힘을 발어 부가가치가 높은 단백질을 대량으로 생산 사용하는 것이다. 현재 호르몬이나 인터페론, 인터루킨 등과 같은 몇 가지 단백질이 재조합 DNA기술을 이용해서 대장균에서 대량 생산되고 있다.다음은 유전자 재조합 기술 관련 내용을 보다 구체적으로 설명하겠다.1) DNA 절단효소어떤 세균 세포에서 증식한 박테리오파지는 이 세균과 다른 세균 세포에서는 일반적으로 잘 증식하지 않는다는 사실은 오래 전부터 잘 알려져 있었다. 이와 같은 현상은 세균에 바이러스나 다른 세균의 DNA단편과 같은 외래 DNA에 감염, 침입했을 때 이들 외래 를 세균이 자신의 DNA와 구별해서 분해효소에 의해 분해 제거함으로써 자신을 보호하는 방어 구조의 하나이다.이 DNA분해효소는 외래 DNA의 복제를 제한한다는 의미에서 제한효소라고 부른다. 현재 수백 종류의 제한효소가 분리 정제되고 있으며 그 중에서 수십 종류가 시판, 널리 이용되고 있다. 재조합 DNA실험에 사용되는 제한효소는 분자량이 대략 2-10만으로 DNA분자내 특정다.

자연과학| 2002.06.13| 9페이지| 1,000원| 조회(577)

유전공학, GMO, vector, 재조합DNA, 세포융합

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