제16장 유전공학-첨단분야

유전공학과 인간유전체 사업 유전공학 (genetic engineering): DNA를 목적에 따라 적절히 조작하여 유전물질을 개조시키는 과정. 생물계를 이용하여 물질을 생산하는 생명공학의 한 분야

유전체(genome): 염색체들의 반수체에 포함된 DNA전체(한 개체가 가진 유전자들의 총합).

1953년 DNA이중 나선 구조 밝혀짐 1972년 최초로 재조합 DNA 실험 성공 1977년 맥삼 & 길버트, 생거 염기서열 결정법 개발 1982년 최초의 대규모 DNA 데이터베이스 구축 1986년~2003년. 인간 유전체에 대한 공적, 사적 염기서열 결정이 이루어짐. 논란의 유발.

염기서열의 결정과 컴퓨터의 활용 셀레라 지노믹스 사는 슈퍼컴퓨터의 사용으로 유전체의 염기서열을 더욱 빠르게 진행시킴으로써 인간 유전체 염기서열 결정에 관한 공공의 노력을 더욱 촉발시키는 역할을 했다.

DNA 기법 새로 도입된 DNA를 지닌 세포가 분열을 거듭하여 클론 (clone)을 생성 관심이 있는 DNA 분절을 벡터 (vector)라 부르는 운반자의 DNA 분자에 연결

제한효소(Restriction Enzyme, 가위)-DNA의 특정 염기서열을 인식하여 DNA가닥을 절단한다 (제한부위에서). DNA 연결 효소(Ligase, 풀)-DNA 분자에 생긴 틈을 인식하여 DNA가닥을 연결. Bacillus botulinus

클로닝 벡터(Cloning Vector)-플라스미드-세균이 가진 작은 원형의 DNA 분자. cDNA (complementary DNA)의 클로닝: 역전사효소(Reverse transcriptase)를 이용하여 mRNA를 DNA 서열로 전환시킨 후(cDNA 합성) 클로닝 벡터에 삽입한다.

재조합 DNA 분자의 생성 (예, 제한효소 Eco RI) (Recombinant DNA) DNA의 절편의 생성과 재조합 DNA의 형성: 제한효소(Restriction enzyme, Ligase)

유전자 전달의 도구: 플라스미드 DNA 상업적으로 개발된 플라스미드 클로닝 벡터. 연구의 편이를 위해 항생제 저항성 유전자, 여러 곳의 제한 효소 부위 등을 포함하고 있다. 유전자의 산물이 푸른색을 띠나 그 유전자에 DNA가 삽입되면 무색으로 변하는 유전자를 이용.

DNA 클로닝-동일한 DNA를 다량으로 얻는 과정 재조합 플라스미드들이 어느 한 생물체의 유전체 전부를 포함하게 될 때 이를 유전체 라이브러리(genomic DNA library)라고 하며, 인간의 유전자를 오랜 기간 보관하고 연구할 수 있게 하는 도구가 된다.

유전자 찾아내기 유전자 도서관: 서로 다른 DNA절편들을 가지고 있는 세균 세포의 집합. 유전체 도서관(Genomic library): 특정 생물의 전체 유전체로부터 클로닝된 단편들이 포함된 유전자 도서관.

cDNA 도서관(cDNA library): mRNA로부터 유래한 DNA절편들을 포함하고 있는 유전자 도서관.

중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR): 프라이머(primer), DNA 중합효소(DNA polymerase), 자유 뉴클레오티드들을 사용하여 주형 DNA 일부를 증폭. PCR(Polymerase Chain Reaction)~ DNA중합효소, 프라이머, 뉴클레오티드들, 그리고 주형 DNA를 열순환기(thermal cycler)에서 반응시킴으로써 원하는 유전자를 대량 증폭하는 기술.

DNA 분석법 인간의 DNA; 부모로부터 물려받은 고유한 서열의 DNA 배열을 가진다. 모든 인간은 99%의 DNA는 동일하지만 1%는 개인마다 다르다  DNA지문 (DNA fingerprint). 연속반복서열(tandem repeat): 염색체에 전반에 걸쳐 짧게 반복되어 나타나는 서열.(사람마다 반복 회수가 다를 수 있다.) 제한 단편의 길이가 서로 다를 수 있다. DNA 단편의 길이 분석: 젤 전기영동(Gel Electrophoresis)- 전기장에서 다공성 반고체 매트릭스를 통과시킴으로써 DNA를 크기별로 분리할 수 있다. Ex)한천(agarose), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide) Gel Electrophoresis. 서던 분석법(Southern Analysis)-젤 상에서 분리된 DNA절편들을 필터에 옮겨 표지된 핵산 탐침자화 혼성화함으로써 DNA 단편들의 양상을 가시화할 수 있다.

DNA 지문분석(DNA fingerprinting)

유전공학의 적용 생물체들의 유기화합물 생성 능력을 이용함. 맞춤 식물: 환경의 부담을 줄이면서 식량을 증대하기 위해 유전공학을 이용해 식물의 일부 특징들을 변화시킴(형질전환 식물들), 아그로박테리아의 Ti 플라스미드를 이용함. Ex) 제초제 저항성 작물, 리그닌 결핍 목재 등의 생산. 제초제 저항성 식물 리그닌 생합성의 부분 억제 식물들 형질 전환 식물들. 식물의 표현형(생산성, 환경 영향 등을 위한)을 변형시키고자 유전공학이 사용된다.

식물로의 유전자 전달과정 식물을 감염시키는 Agrobacterium tumefaciens로부터 Ti 플라스미드가 분리되어 조작됨으로써 식물에 효율적으로 유전자를 전달 시킬 수 있다.

가축 생물공학: 유전자들의 기능과 조절 연구를 위한 유전자 녹아웃 동물, 유용물질 생산 동물 등의 생산 및 기타 유용 형질을 가진 가축 생산. 편리함을 목적으로 한 유전공학 윤리적 문제 야기 항응고인자인 안티트롬빈III를 생산하는 형질전환 염소, 형광단백질을 생산하는 형질전환 쥐, 더운 환경에서 사육이 가능한 누드 닭.

유용성과 위험성에 대한 고찰 예기치 못한 위험; SCID-X1중증 면역결핍증에 대한 유전자 치료 줄기세포에 정상적인 IL2RG유전자를 도입하여 유전자 치료에 성공했으나 일부에서 백혈병이 발생하였다. 유전자 치료를 받은 아이들. SCID (severe combined immunodeficiency), Canavan (일종의 백색질형성장애) 등의 질병에 대해 유전자 치료가 행해졌다. 어떤 사람들은 나았고, 어떤 사람들은 사망했으며, 어떤 사람들은 암에 걸렸다.

우생공학(Eugenic Engineering);질병과 상관 없이 바람직한 형질로의 개선에 관한 윤리적인 문제 우생공학(Eugenic Engineering);질병과 상관 없이 바람직한 형질로의 개선에 관한 윤리적인 문제. Ex)슈퍼 휴먼의 출현 문제.

유전자 녹아웃 세포들과 장기 공장; 이종장기이식(xenotransplantation)-돼지의 항원 유전자를 조작함으로써 인간에게 이식할 수 있는 장기 제공종을 넘어선 바이러스 전파에 대한 우려.

프랑켄푸드(Frankenfood); 식품 독성의 문제, 사회정서적 문제, 슈퍼 잡초의 출현 가능성, 과대 광고에 의한 편파적 의견 형성 문제 등등. GMO (genetically modified organism)