2016년 1학기 통섭생명과학 IV. 건강에 대한 나의 관심분야 4. 생명공학.

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1 2016년 1학기 통섭생명과학 IV. 건강에 대한 나의 관심분야 4. 생명공학

2 형질전환생물체( GMO) 생물체의 유전자를 바꿀 방법: 1) 수정(교배)
생물체의 유전자를 바꿀 방법: 1) 수정(교배) 2) 형질전환생물체(GMO, genetically modified organism): 유전자를 변형시켜 같은 종에 다시 삽입하 거나 또는 다른 종의 생물체에 이전하여 생긴 생물체 Ex) 박테리아(GMO)가 해파리의 형광유전자를 발현 Ex) 인간인슐린을 동물 또는 대장균 (GMO, 1982년 이후)이 만들어냄 Ex) 형질전환된 박테리아(GMO)가 생산한 키모트립신을 이용해서 치즈를 만듦 Ex) 이외, 맥주와 과일 쥬스의 맛과 투명도를 향상시키는 효소 빵의 부패를 지연시키는 효소 지방변형효소 등을 박테리아가 만듦 박테리아가 해파리의 형광유전자 발현

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4 맞춤식물/GMO Agrobacterium tumefaciens - 완두콩, 콩, 감자 등을 감염시키는 박테리아
이 박테리아에 식물의 종양 형성을 유도하는 Ti(Tumor-inducing) plasmid가 들어 있음 - 외래유전자를 식물로 전달하는데 Ti plasmid를 이용 종양 유도 유전자 제거, 원하는 유전자 삽입 변형된 유전자를 받아들인 식물세포를 선별, 원하는 완전 한 식물로 성장(GMO) 전기충격, 화학적 충격, DNA로 코팅된 미세입자를 통해서 유전자를 식물세포에 넣기도 함.

5 Ti plasmid(반딧불의 형광유전자포함) + Agrobacterium tumefaciens =재조합체 → 식물세포 감염 → 형질전환식물

6 GMO 작물 Bt 단백질을 만드는 유전자를 식물에 도입: 유전자변형 식물(GMO)
- Bacilus thuringiensis: 벌레 유충에게만 유독성인 단백질을 만드는 박테리아 - 해충에 저항력을 나타내는 GMO식물: 옥수수, 콩, 사탕수수, 바나나, 밀 등 - Glyphosate(제초제)에 저항성이 있도록 만들어진 작물: 옥수수, 수수, 목화, 콩, 캐놀라, 자주개자리 등 - 이 유전자는 바람이나 곤충이 옮기는 화분을 통해서 주위로 확산 - 야생식물과 형질전환 되지 않은 식물(잡초 등)들도 이 유전자를 갖게 될 것임 황금쌀: 벼 종자에 β-carotene이 포함되도록 변형된 GMO 작물

7 그림. GMO 작물은 농부들이 적은 양의 살충제를 사용해도 되게 도와준다
그림. GMO 작물은 농부들이 적은 양의 살충제를 사용해도 되게 도와준다. (위) Bt 유전자를 가진 옥수수로 Bt 유전자가 해충 저항성을 부여한다. (아래) 유전자변형이 이루어지지 않은 옥수수로 해충에 더 취약하다.

8 가축생물공학 형질전환동물: 1) 전통적 교배: 깃털 없는 닭 2) 유전자 변형 Ex) 쥐:
각 신경세포가 다른 형광색을 발현-신경망 지도 작성 인간질병에 대한 모델로 사용 - 포도당 물질대사에 관련된 단백질들을 쥐에서 하나씩 불활성화시킴 (유전자 제거 영향 분석): 당뇨병에 대한 이해를 높임

9 그림 15.14 유전자변형 동물. 깃털없는 닭: 전통 교배육종 염소: 젖으로 인간 항응고인자 생산
(A) 깃털이 없는 닭은 이스라엘에서 전통적인 교배육종 방법으로 개발되었다. 이런 종류의 닭은 냉각시스템이 없는 뜨거운 사막에서 살아남을 수 있다. (B) 왼쪽에 있는 돼지는 노란형광단백질 유전자로 형질전환된 돼지이고, 오른쪽 돼지는 왼쪽 돼지와 한 배에서 태어난 돼지로 형질전환되지 않은 것이다. (C) 형질전환 염소인 미라(Mira)는 젖으로 인간 항응고인자를 생산한다. 그림 유전자변형 동물. 돼지: 노란형광단백질 유전자로 형질전환됨

10 그림 15. 15 유전자변형 동물이 연구에 얼마나 유용한지 보여주는 예
그림 유전자변형 동물이 연구에 얼마나 유용한지 보여주는 예. 여러 색깔의 형광단백질을 발현하는 형질전환 쥐[brainbow(뇌무지개) mice]는 과학자들이 뇌의 복잡한 신경망 지도를 만들 수 있게 해 준다. 이 쥐에서 뇌간(brain stem)에 있는 각 신경세포는 형광현미경에서 다른 색깔로 보인다.

11 유전자변형동물 염소: 의학용, 산업용 단백질 생산 유전자 변형동물
낭포성 섬유증, 심근경색, 혈액응고관련 질환용 치료 단백질 생산 사람의 젖에 있는 항균단백질(lysozyme) 유전자를 발현하는 형질전환 염소: 유아들의 설사병 치료 거미줄 성분의 견사단백질을 젖으로 생산하는 염소: 과학자들은 의학 용 또는 전자공학기술에 사용되는 나노섬유 생산 심장을 건강하게 만드는 젖을 생산 토끼: 인간의 면역세포 증식을 촉진하는 인터루킨-2를 생산 돼지: 심장에 좋은 지방과 친환경적인 저인산염 배설물을 만듬 양: 특대 크기 소: 광우병에 저항력

12 유전자 제거 동물/ 치료법 테스트용 동물 생기지 않도록 유전자변형 돼지를 만듦 이종 장기 이식: 돼지 이용
- 면역계 세포의 공격을 유발하는 분자가 돼지 세포 표면에 생기지 않도록 유전자변형 돼지를 만듦 - 이식 장기 거부 없음 - 돼지 바이러스가 종간장벽을 넘어 인간 감염의 염려 특정인간 질환과 관련된 돌연변이 유전자를 동물이 갖도 록 유전자 조작: 각종 치료법 테스트 가능 다발성경화증, 당뇨병, 암, 헌팅턴 무도병에 대한 시험 동물을 이용 도덕적 딜레마 (생명윤리)문제

13 안전성 문제 다른 생물체로부터 유전물질들을 융합하면 어떤 일이 생 길지 확신 못함 우연히 슈퍼병원균을 만드는 것은 아닌가?
위험한 생물체를 만드는 것은 아닌가? 다른 생물체를 변형시키지 않을까? 적당한 격리시설이 갖춰질 때까지 병원성생물체와 유독 성 생물체에서 유래한 DNA를 재조합연구에서 사용하는 것을 중지함 유전공학실험실에서 이러한 지침을 따르고 있지만 안전 보장은?

14 우생학/유전자 변형인간 특정 형질을 변형시킬 목적으로 유전체를 변형시킴
쥐: 기억력, 학습능력, 체력, 강한 근육, 긴 수명을 가진 쥐 만듦 인간: 자녀의 큰 키, 파란 눈, 지능, 과체중 감소, 폭력방지, 동성애자 방지 목적으로 유전자 치료 - 수요 많을 것으로 예상. 수익면에서 good !! 중증의 희귀유전자 질환에 대한 유전자 치료 - 수요에 비해서 연구 개발비가 엄청남

15 DNA 프로파일링은 많은 분야에서 응용된다 유전자 감식(genetic profiling): 특정 DNA 조각이 누구에 게서 유래한 것인지 결정하기 위해 분석하는 작업 각 개인의 DNA는 뉴클레오티드 1,000개 중 하나의 빈도로 다른 사람과 다르다. 짧은 직렬반복서열 (STRs)을 사용: 2~5개의 뉴클레오티드로 이루어진 약 3~50회 정도 반복적으로 나란히 배열하고 있는 짧은 염기서열.

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17 젤전기영동(gel electrophoresis)
젤전기영동: 섞여있는 크기가 다른 DNA 조각들을 크기에 따라 분리하는 기술. 원리: DNA는 골격에 있는 인산기로 인해 음전하를 띄기 때문에 양전 하를 띄는 전극을 향해 이동한다. DNA 조각은 크기가 작을수록 큰 DNA 조각에 비해 빠르게 양극을 향해 젤에 있는 구멍을 통과 해 이동하므로 DNA 조각들이 크기에 따라 분리된다. 과정: 1) 한천으로 젤(gel) 판을 만든 후 상단에 혼합된 DNA 조각들을 넣는다. 2) 젤 판을 전극이 연결된 통에 넣고 전극 하나는 양극, 다른 하나는 음극에 연결한다. 3) 전기영동 후 DNA를 관찰한다.

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19 빠르고 쉬워진 질병 진단 유전자로 인한 질병을 DNA 검사를 통해 빠르고 간편하게 조사할 수 있다. 마이크로어레이:
한 번에 많은 유전자를 조사할 수 있도록 수많은 단일가닥의 DNA 샘플들 을 고체 표면에 고정시킨 DNA 칩.

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21 CD:넥스트휴먼 4 퍼펙트 휴먼 NEXT HUMAN,넥스트 휴먼 4회 150911=KBS대기획,넥스트 휴먼,퍼펙트휴먼,[동영상] : 네이버 블로그