유전자 재조합 기술[퍼온글]

[bioman]

<미생물 유전자 재조합기술>

 어떤 생물에서 뽑아 낸 특정 DNA를 잘라 운반체 DNA에 삽입하여 재조합 DNA를 얻은 후 세균과 같은 생물체에 넣는 과정

현재 유전자조작에 대한 연구가 원핵 ·진핵세포를 재료로 해서 행해지고 있지만, 아직까지 대장균(E.coli)을 중심으로 한 몇 종의 원핵세포에서만 그 조작이 가능한 것으로 알려지고 있다. 대장균에 있는 플라스미드는 DNA고리로 된 핵외 염색체인데 자체가 복제할 수 있으며 몸 안팎으로 쉽게 출입할 수 있다. 플라스미드의 이 성질을 이용하여 다른 DNA 단편을 플라스미드의 DNA고리에 결합시켜 DNA의 운반체로 사용한다. 플라스미드를 세포 밖으로 끄집어낸 뒤 고리의 일부를 끊어야 한다. 이때 DNA 고리를 끊는 효소를 제한효소(制限酵素)라고 한다.

제한효소는 DNA의 구성성분인 뉴클레오티드의 질소 염기의 배열순서를 식별해서 작용하게 되므로 그 효소의 종류가 많다. 원래 제한효소는 박테리아의 체내에서 합성되는데, 이것은 원래 박테리아 체내에 들어온 외부의 DNA를 절단하여 변성시킴으로써 자신의 생존을 보위하는 기능을 가지고 있으며, 이 효소를 분리해 추출 정제해서 유전자 조작을 위한 DNA의 절단용으로 이용한다.

제한효소로 플라스미드의 고리를 끊고, 또 플라스미드 운반체에 끼울 유전자의 특정 부분의 DNA를 역시 제한효소로 끊어서 도막을 낸 뒤 이를 플라스미드의 끊어진 부분에 삽입하여 새로운 DNA의 고리를 만든다. 일반적으로 도막을 낸 DNA의 단편은 그대로 복제나 전사가 되지 않으나 이를 일단 플라스미드에 삽입하여 박테리아 체내에 도입하면 일단 DNA와 같이 자체가 복제를 하고 mRNA를 전사할 능력이 생긴다. 따라서, 플라스미드에 끼워 넣은 DNA의 단편이 인슐린이나 인터페론 등을 생성하는 것이면 박테리아가 증식할 때마다 인슐린이나 인터페론이 생성된다.

<고등생물 유전자 재조합기술>

고등생물의 핵 속에 들어 있는 거의 모든 유전자에는 중간에 쓸모없는 DNA조각들이 끼어 있으며, 이 점은 미생물의 유전자 구조와 다르다. 따라서, 유전정보가 전사되는 과정이 서로 다르다. 고등생물의 핵 안에서는 RNA중합효소(polymerase)에 의해서 pre-mRNA가 합성된다. 이 pre-mRNA에 들어 있는 쓸데없는 부분(cintron)을 스플라이싱 효소(splicing enzyme)가 제거하고 유전정보가 들어 있는 부분(exon)을 연결한다.

이 과정에서 mRNA의 5'-말단에는 7-메틸구아닐산염이 피로-인산 결합상태로 연결되며, 꼬리 부분인 3'-말단에는 폴리 A가 붙는다. 이와 같은 과정으로 합성된 고등생물의 mRNA는 핵막을 통해 세포질로 나와서 단백질합성에 참여한다. 7-메틸구아닐산염이나 폴리 A는 mRNA가 갖가지 파괴효소로부터 공격받는 것을 방어하는 것으로 알려져 있다. 미생물인 경우는 핵이 없으므로 mRNA는 즉시 전사되면서 단백질을 합성한다.

즉, 스플라이싱계가 미생물에는 없다. 따라서, 고등생물의 DNA를 고등생물의 핵 속에 있는 상태로 추출해서 미생물 속에 이주시키는 데는 여러 가지 문제점이 생긴다. 이 점을 보완하기 위하여 대개의 경우 mRNA로부터 거꾸로 전사한 상보 DNA(complementary DNA)를 만들어서 이것을 미생물에 주입시켜 형질을 발현시킨다. 대개의 경우 특정 세포에서 먼저 mRNA를 추출한다.

<세포융합>포마토

2개의 서로 다른 종류의 세포를 융합시켜 하나의 새로운 잡종세포를 만드는 기술

인접한 세포들이 융합하여 격막이 소실된 결과 세포의 다핵화(多核化)가 일어나는 현상을 세포융합이라 하는데, 자연계에서는 생식세포의 수정, 또는 근원세포의 다핵 근육세포에로의 분화의 시기 등에서 볼 수 있다. 세포를 배양하는 과정에서 세포융합이 자연스럽게 일어나는 경우도 가끔 있다. 동물의 바이러스 가운데 숙주세포를 높은 빈도로 융합을 유발시키는 능력이 있는 것들이 알려져 있다.

DNA형인 천연두 바이러스와 헤르페스 바이러스(Herpesvirus), 그리고 RNA형인 파라믹소바이러스(Paramyxovirus) 등이 유명하다. 후자에 속하는 센다이바이러스(Sendaivirus:HVI)가 가장 잘 알려져 있으며 감염력을 없앤 HVI의 세포융합 활성을 이용하여 이종세포 상호간을 융합시켜서 잡종세포를 인공적으로 만들 수 있게 되었다.

또, 화학물질에 의해서도 세포융합을 유도할 수가 있으며, 가령 리졸레시틴(lysolecithin)이나 폴리에틸렌글리콜 6000(polyethylen glycol 6000) 등이 알려져 있다. 이것들을 이용하면 동물세포나 식물세포의 세포벽을 제거한 원형질체(protoplast)의 융합도 가능하다.

동물인 경우 쥐와 생쥐, 햄스터와 생쥐, 생쥐와 사람의 세포 사이에 세포융합을 하여 잡종세포를 만드는 데 성공하였다. 문제는 이렇게 융합된 잡종세포가 과연 정상적인 세포로서 기능을 다 할 수 있는지 하는 점이다. 세포가 융합하면 융합된 세포의 핵도 합쳐져서 단일의 핵을 만들고, 두 종류의 세포가 가진 염색체를 가지고 있으며 계속 분열을 하여 집단을 만든다. 그러나 장기간 계속 배양하면 일부의 염색체가 소실되고, 따라서 총염색체의 수가 감소하게 된다.

그런데 서로 다른 종의 세포가 세포주기를 통해서 일어나는 일련의 화학반응의 신호가 다른 쪽의 세포에서도 해독(解讀)된다는 것이 밝혀졌다. 이와 관련해서 잡종세포에서는 기능적으로도 정상인 잡종효소가 합성된다. 예를 들면, 쌍방의 원래 세포와 같은 형의 효소(예:LDH)를 합성한다. 생물학적으로는 세포융합 방법을 통해 세포분화의 기작을 해명하는 데 도움이 된다.

<핵치환>인공배아줄기세포 동물 복제

 체세포에서 핵을 꺼내어 핵을 제거한 난자에 넣어 이식시키는 방법

어떤 세포로부터 핵을 도려내어 이미 핵을 제거한 다른 세포에 옮기는 것을 핵치환이라 한다. 핵과 세포질과의 관계를 조사하는 수단으로 쓰인다. 이 방법은 발생 ·분화 과정에 있어서의 핵과 세포질의 역할을 알아내는 데 매우 유효하다. 개구리의 발생 도중에 있는 세포의 핵을 무핵란에 이식하면 핵 그 자체가 단계적인 분화를 하고 있음을 알게 되었으나, 이미 분화가 끝난 올챙이의 장의 핵을 자외선을 쬐어 핵을 죽였거나 핵을 도려낸 무핵란에 이식하여 완전한 개구리의 성체까지 발생시키는 데 성공한 예도 있다.

조직 배양 : 생물체의 몸을 구성하는 조직의 일부나 세포를 떼어 내어 영양 배지에서 인공 배양하여 재분화시키는 방법

 ex) 희귀 미생물의 배양, 인슐린을 만드는 b세포의 배양, 또는 인간이나 동물의 특정한 조직을 배양하는 데사용