생명공학(biotechnology) 분자생물학에 기초한 응용생물학

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1 생명공학(biotechnology) 분자생물학에 기초한 응용생물학
응용생물학 : 인류에 유용하게 이용되는 모든 생물학적 기술 개량(육종), 생산, 가공, 저장 , 이용, 식품, 병리, 의학, 약학 (생물과 관련된 모든 학문을 포괄) 분자생물학(Molecular Biology) 단백질의 효소와 생합성을 지배하는 DNA의 구조와 특성을 바탕으로, 중요한 생명현상을 설명하려는 생물학의 한 분야이다. Genetic engineering(유전공학) 동물, 식물, 미생물의 개량을 위하여 생물체나 생물제로부터 생산된 물질을 이용하는 기술

2 (Menifulation of Genes) (Generation of Organisms)
Molecular Biology (Menifulation of Genes) Biotechnology (생 물 공 학) Tissue Culture (Generation of Organisms)

3 유전공학의 이용 · 미생물 : 화학물질생산 (의약품) 환경정화, 식품가공 · 식 물 : 대량증식
· 미생물 : 화학물질생산 (의약품) 환경정화, 식품가공 · 식 물 : 대량증식 무병식물생산, 화학물질생산(기내물질생산) 형질전환(제초제저항성, 내병성, 내충성 , 화학물질생산, 생산성 증대) · 동 물 : 인공수정, 체외수정 조직재생산, 복제동물생산 인공기관(장기)생산

4 미생물 유전공학 1. 물질 생산 : bioreactor 2. 생물 전환 스테로이드 등의 합성 3. 농업적 이용
효소, 항생물질, 의약품, 연료, 생물중합체,등 2. 생물 전환 스테로이드 등의 합성 3. 농업적 이용 빙핵형성 세균 : 빙핵결여세균 증식-살포—내동성 증대 미생물 농약 4. 환경관리 생물회복(독성물질 생분해), 유출유류 생분해 균, 폐수처리, 중금속 오염관리, 5. 유류와 금속의 회수(생산)

5 미생물 DNA 재조합 기술에 의한 의약품 Insulin : 당뇨병 치료( E. Coli)
Interukin : 암 치료 면역 증진 물질( E. coli) Interferon : 암과 virus 질환 치료( E. coli, S. cerevisiae) Prourkinase : 항혈액응집제( E. coli) Superoxide -dismutase : 항산화제(S. cerevisiae, Pichia(효모)) Taxol : 난소암 치료제( E. coli) B형간염 백신 : 간염 virus waxine (S. cerevisiae) 단일클론 항체 : 진단시약, 치료제(암 등), 장기이식거부반응 치료 (암세포화한 B 세포에, 항체생산 DNA를 이식, 이를 생물반응기에 배양 항체 대량 생산)

6 발효식품과 생명공학 발효식품: 빵, 요구르트, 치즈, 신 크림, 발효식품 생산기술 향상 방향 1. 우수 발효종균 선발
된장 간장, 미소(일본된장)템페 발효주(맥주, 포도주, 막걸리, 등) 식초, 살라미(발효 햄), 차, 발효식품 생산기술 향상 방향 1. 우수 발효종균 선발 2. 효율적, 친환경적 생산 공정 3. 품질 및 식품안정성의 증대 4. 안전성(천연, Bio) 향과 색소 사용

7 발효에의한 물질생산 미생물유래 항생물질 및 효소 항생물질 효 소 Penicillin Penicillum(진균)
1차대사 산물 2차대사산물 아미노산 비타민 다당류 에타놀 부타놀 아세톤 젖산 뉴클레오타이드 항생물질 색소 독소 알칼로이드 의약 활성 물질 미생물유래 항생물질 및 효소 항생물질 효 소 Penicillin Penicillum(진균) Bacitracin Bacillus(그람양성세균) Streptomycin Stereptomyces(그람음성세균) Tetracycline Stereptomyces(그람음성세균) Amylase Lactase Lipase Protease Cellulase Pectinase

8 식물 유전 공학 대량 증식(micro- propagation) 증식 및 virus free 식물 생산
2. 대량 배양: Biomass 생산, 화학물질 생산 3. 형질전환 식물(작물) 개발 제초제 저항성 품종 해충 내성 품종 바이러스 내성 품종 지방성분 변형 품종 과일성숙(노화)지연 품종: 웅성불임 회복친 품종: 임성+barstar(임성회복 유전자) 영양개선 품종: golden rice( 비타민 A 강화 쌀) 화학물질(의약품, 색소, 섬유, 등) 생산 (식용 백신)

9 Regeneration of potato shoots from internode explants
Callus Regeneration of potato shoots from internode explants

10 . 대량 증식(micro- propagation)
1. 식물체 대량 증식: 난(한란, 서양란), 화훼류 대량증식 및 균일묘(유전성) 생산 2. 무병 식물생산: 감자, 마늘 ,딸기, 백합,등 Virus Free 식물 생산 생장점(Virus free함) 배양 3. 인공종자(체세포 배) 생산 : 감자 증식율 향상으로 종서(종자용 감자)생산비 경감

11 대량 배양( 생물공학적 물질 생산) -배양기를 이용한 액체배양
1. biomass 생산 산삼배양근, 조류( 식품, biomass) 2. 화학물질 생산 식물유래 화학물질(약품, 색소, 향료, 등) 예: shikonin의 산업적 대량 생산 shikonin : Lithospermum erithrorhiz 뿌리에서 추출, 립 스틱 용 최고급 적색색소 세포주 배양을 통한 shikonin대량생산 성공(일본,1985)

12 조류로 부터의 연료 생산 조류 : Biomass 생산능력 높다. Biomass 의 연료화 기술 조류 배양은
- 번식력 고( 조류밀도 조절 용이) - 광합성과 질량생산능력 고 - 물의 탄산까스 농도 고 Biomass 의 연료화 기술 - 지방화합물—디젤유로 가공 이용 - 탄수화물 –알코올 또는 부탄가스로 가곤 이용 조류 배양은 1. Biomass 연료 뿐 아니라 2. 식품원료나 3. 단백질, 색소,및 유용화합물 생산에 이용 가능하다.

13 Biotechnology에 의한 작물 육종 (형질전환된 작물(Crop))
제초제 내성: 옥수수, 면화, 고구마, 아마 해충 내성: 옥수수, 면화, 고구마, 아마 Virus 내성: 표주박, 파파야, 고구마 노화억제(성숙지연): 토마토 지방함량 증대: 카놀라, 대두

14 비선택성제초제 저항성 품종 개발 1. 선택성 제초제 한계점 극복 2. 경제적 효과 개발자, 사용자
선택성 제초제의 한계 1. 작물에 따른 적용 제초제의 개발 2. 살초범위의 제한 비선택성제초제 저항성 품종 개발 선택성 제초제 한계점 극복 경제적 효과 개발자, 사용자

15 동물유전공학 형질 전환 : 전능성인 소수 세포로 수행 해야 함 조직배양 : 대리모에의 수정란 이식에 의하여 만 가능
분열기능이 있는 세포에서 가능하고 전능성의 세포(난자, 줄기세포)라야만 개체분화 가능 (동물세포는 식물과 달리 분열기능이 제한되고, 전능성(난자 제외)이 없다) 조직배양 : 대리모에의 수정란 이식에 의하여 만 가능 (단세포---개체로의 분화) 체세포 등에서는 불가능 전능성이 있는 난세포 만 이용 가능 형질 전환 이외에 체외수정, 수정란 이식기술 확립 필요

16 우량 가축의 대량 증식. (멸종위기 동물의 증식 수단)
우량 가축의 대량 증식 (멸종위기 동물의 증식 수단) 1. 인공수정(artificial insemination): 우수 수컷 형질의 이용) 우수 수컷 동물로 부터 정액체취 냉동 저장 및 희석으로 마리 수정 2. 체외 수정 및 수정란 이식 배란기 난자 체취 체외 수정 대리모로의 수정란 이식