제10장 동물 생명공학

1. 서론 동물육종은 야생동물의 가축화가 이루어진 직후부터 시작 동물육종을 위해 가장 이상적인 특성을 가지는 암수를 선별할 수 있었다. 동물산업의 모든 분야는 직접적으로 동물 번식에 의존한다. 그림 10.1 동물 번식은 가축산업에 있어서 중심적인 중용성을 가진다.

2. 인공수정 인공수정 (artificial insemination, AI)은 동물생명공학 분야에서 가장 많이 이용되고 있는 방법이다. 높은 효율로 우량종을 생산할 수 있기 때문에 대부분의 낙농업에서는 젖소들의 육종에 인공수정을 사용하고 있다. 그림 10.2 낙농산업의 대부분의 젖소들은 인공수정을 통해 생산된다.

인공수정에서 우량 수컷의 정액 만을 공급받는 것은 수컷을 직접 구입하는 것보다 훨씬 저렴한 비용이 든다. 자연교배와 비교한 인공수정의 장점 인공수정에서 우량 수컷의 정액 만을 공급받는 것은 수컷을 직접 구입하는 것보다 훨씬 저렴한 비용이 든다. 정확한 기록에 의한 자료는 후대 검정이라 불리는 방법을 통하여 생산자가 의도하는 종축의 형질을 결정하는데 쓰인다. 특별한 암컷 집단을 위해 필요한 수컷의 형질을 고를 수 있게 한다. 수컷의 기록 정보를 통해서 생산자들은 필요한 특징을 가진 수컷들을 선발할 수 있다. 수컷의 자연적인 공격 본능으로부터 개체를 보호 교배과정 중에 발생하는 치명적인 질병으로부터 보호 일정시간 동안 격리시키는 검역 과정을 거쳐서 운반되는데 고비용과 많은 시간이 쓰임. 동결 정액을 사용하여 질병의 위험이 없고 훨씬 적은 비용으로 새로운 유전 형질이 국내로 들어올 수 있게 된다. 종축을 바꿀 때도 수컷의 정액 만 구입하면 됨 그림 10.3 대부분의 성숙된 수컷들은 공격적일 수가 있다. 그들의 주변에 있는 것은 매우 위험할 수 있다.

>>> 인공수정의 발달 아마 중세시대 이후에 발달했을 것이다. 교전 중인 아랍 부족들이 적의 진지로 몰래 침입하여 적이 가지고 있는 종마의 정액을 채취하였다는 전설이 있다. 말을 타는 부족인들은 훔친 정액으로 그들의 암말을 교배시켜서 우수한 말들을 생산하였다. 인공수정에 대한 최초의 기록은 1780년 암캐에 수캐의 정액을 주입한 예 제1차 새계대전 동안 유럽에서 대부분의 말들은 죽었고 말은 휘귀한 동물이 되었다. 필요한 수천 필의 말들을 복구하기 위해, 러시아에서 우량마로부터 빠르게 망아지를 생산하는 데에 인공수정을 사용하였다. 이와 같은 기술은 소와 양에게도 사용되었고 1920~30년대에 실험이 성공 그림 10.4 전설에 의하면 최초의 인공수정은 중세시대의 아랍인들에게서부터 사용되었다고 한다.

1950년대 정액을 동결하기 전에 글리세린과 같은 동해방지제를 사용 살아있는 정액을 보존하는 일 정자의 수명은 단지 2~3일 정도. 보존을 위한 동결정액에 대한 아이디어는 인공수정의 사용이 완벽해졌을 때 발달되었으나 동결 과정 중에 살아남은 정자의 수가 매우 적다는 것이 문제였다. 1950년대 정액을 동결하기 전에 글리세린과 같은 동해방지제를 사용 혼합물의 온도는 -320℉ (-196℃)에 다다를 때까지 일정하게 특정 비율로 낮추어 준다. 이러한 온도로 유지시켜준 정액은 몇 년 동안 사용할 수 있고 소의 정액에 있어서는 30년까지 보관에 성공한 적이 있다. 원정액의 사용이 동결정액보다 높은 수태율을 보이기는 하지만, 동결정액의 사용은 현재 상업적으로 실행 가능한 수준에 도달하고 있다. 결점은 노동집약적: 암컷의 발정 징후를 관찰, 발정동기화시키고 수태시켜야 함 그림 10.5 정액은 -320℉(-196℃) 가까운 온도들 유지시켜주는 액체 질소 탱크에서 보관된다.

>>> 정액 수집과 처리과정 정액은 모형 동물이나 다른 살아있는 동물 그리고 인공질의 사용을 통해서 모아지고 있다. 정액이 모아지면 실험실에서 외부 물질 오염 정도와 품질검사를 위해 현미경으로 검사한다. 품질은 정액 1mL안에 있는 정자의 수, 정자의 활동성, 정자의 모양에 의해 결정된다. 그림 10.6 정자는 수, 운동성, 모양을 평가받게 된다. 기술자들은 현미경과 비디오 모니터를 사용하여 평가한다.

우유, 난황, 글리세린 그리고 항생제와 같은 희석제를 첨가함 수컷의 한 번 사정으로 열 마리의 암컷들과 교배가 가능하다. 희석제는 동결과정 동안의 정자를 보호하기 위함과 정자을 위한 영양분을 공급하기 위함 그림 10.7 희석제는 정액의 부피를 늘리는 데 사용된다. 이는 더 많은 수의 수정에서 사용될 수 있다.

기술자들은 자궁경을 통해 정액을 주입 그림 10.8 정액이 융해되면 기술자들은 정액을 암컷의 생식관 안으로 삽입한다. 이것은 일정 수준의 기술을 요하는 작업이다.

>>> 발정주기의 조절 인공수정의 단점은 암컷의 발정 징후를 계속 관찰해야 한다는 것이다. 생명공학의 진보에 의해 발정을 조정할 수 있게 되었고 이로 인해 경제동물의 번식 효율을 크게 증진시킬 수 있었다. 발정주기는 특정 호르몬들이 점진적으로 분비되는 것과 같이 일어나는 연쇄적인 현상이다. 암컷에 나포를 자극하는 호르몬을 주사하는 것은 그 시점에서 발정주기가 시작되고 들어가는 원인이 될 수 있을 것이다. 모든 동물들이 거의 동시에 발정을 하게 도어서 발정주기를 동기화 할 수 있다. 그림 10.9 모든 암컷들이 동시에 교배할 수 있다면, 송아지들을 동시에 출산할 수 있을 것이다. 이는 생산자에게 막대한 이익을 가져다 줄 수 있다.

3. 수정란 이식 인공수정은 우량 수컷의 유전자를 널리 사용할 수 있게 한다. 대부분의 암소와 같은 암컷들은 연간 한 번 밖에 자손을 생산하지 못함 한 암컷에서부터 다른 암컷으로의 수정란 이식은 흔한 일이 되었다. 그림 10.10 수정란 이식은 우량 암컷 유전자의 더 많은 사용을 가능하게 한다.

암컷이 가진 우량 유전자의 빠른 확산을 가능하게 한다 수정란 이식을 이용한 이점 암컷이 가진 우량 유전자의 빠른 확산을 가능하게 한다 암컷의 후대검정을 가능하게 한다. 수정란 이식을 통해 하나의 암컷은 빠른 시간 안에 많은 자손을 생산할 수 있고 그 자손에 대한 검정이 가능하게 된다. 동물의 반입 시에 필요한 검역과정 없이 양질의 동물을 반입, 반출 할 수 있음 이중생산체계 가능-젖소는 우유생산을 지속시키면서 교배시킬 수 있다. 대리모에 두 개의 수정란을 이식시키는 방법으로 쌍둥이 자손을 얻을 수 있다. 순수 혈통의 무리로 빠르게 변환시킬 수 있다 단점: 다양한 동물 품종의 유전적 기초가 좁아질 수 있다. 그림 10.11 수정란 이식을 통하여 한 마리의 암컷은 1년에 많은 수의 송아지를 생산할 수 있다. 이 모든 송아지들은 같은 암소의 난자에 의해 생산된 것이다.

>>> 수정란 이식의 과정 공여암소와 대리모 암소의 선발로부터 시작 공여암소는 자손에 전해질 아주 높은 우수한 특성을 가지고 있다. 높은 우유생산 능력, 성장능력, 번식능력이 포함된다. 두 그룹 모두 발정주기를 같은 시기에 동기화시켜야 한다. 공여암소에 과배란 유도로 12~15개 정도의 난자를 한 번에 배란에서 얻음 그림 10.12 과배란 후에는 카테타가 수정란을 모으는 데 이용된다.

4. 정자 성 결정 특정하게 수컷 만 혹은 암컷 만을 생산하는 것은 동물산업의 생산자들에게 막대한 이익을 가져다주는 기술이다. 젖소 사육자들은 거의 모두 암송아지를 생산하는 것을 더 선호함 암돼지는 수돼지보다 육질이 좋고 더 빨리 자라기 때문에 선호함 양계 산업에서는 암닭을 선호 그림 10.13 양계 산업에서 수탉의 가치는 매우 적다.

포유류의 성결정은 성염색체의 교차에 의해서 결정됨 1989년 두 가지 형태의 정자를 분리할 수 있는 방법이 특허를 얻었다. 정자 성 결정 (sperm sexing) 그림 10.14 수컷의 성 염색체는 Y 모양을 가지고 암컷의 성 염색체는 X 모양을 가진다.

레이저 빔 아래로 지나가게 되면 암컷 염색체는 더 많은 빛을 발산하레 되어 구분됨 각 정자 DNA에 부착되는 형광염료를 사용. 암컷 성염색체가 수컷 성염색체 보다 더 많은 DNA를 포함하고 있어서 X염색체를 가진 정자에 더 많은 염료가 달라붙게 된다. 레이저 빔 아래로 지나가게 되면 암컷 염색체는 더 많은 빛을 발산하레 되어 구분됨 세포분류기는 빛의 발산의 양에 따라 다른 튜브로 정자를 분리한다. 그림 10.15 세포분류기를 통해 레이저 빔이 염료가 묻은 정자를 발산하게 하고 X와 Y 염색체를 구분한다.

<11월16일 과제> (9장 식물 생명공학) 생명공학에 의한 해충방제 방법들을 설명하시오. 생명공학에 의한 제초제 저항성 방법을 설명하시오. 생명공학에 의한 병저항성 방법을 설명하시오. (10장 동물 생명공학) 생명공학에 의한 동물의 인공수정 방법을 설명하시오. 생명공학에 의한 동물의 수정란 이식 방법에 대해 설명하시오. 생명공학에 의한 정자 성 결정 방법에 대해 설명하시오.