[Campbell] 12. DNA Technology - 1
< Genetic Engineering >
Biotechnology는 유용한 제품을 만들기 위해 유기체아 구성요소를 조작하는 것입니다. 현재는 DNA 기술을 사용하고, 유전 물질 연구 및 조작이 이루어지고 있습니다. 다음은 생명공학기술의 활용입니다.
Genetically modified organisms(GMO)는 인공적인 수단에 의해 하나 이상의 유전자를 가진 유기체 입니다.
Trasgenic organisms는 새로 얻은 유전자가 다른 유기체나 종에서 나온 경우의 유기체를 말합니다.
Recombinant DNA는 말 그대로 두 가지 다른 DNA를 결합하는 것으로 유전자 공학에서 실용적인 목적을 위해 직접 조작합니다.
Genetically engineered bacteria는 다양한 유용한 화학물질을 대량 생산합니다.
< Recombinant DNA Techniques >
위에서 말했던 Recombinant DNA를 알아봅시다.
과정을 봐보겠습니다. Plasmid를 갖고 있는 bacteria와 유용한 유전자를 갖고 있는 세포가 있습니다. 이때, plasmid는 유전자 복제의 중요한 열쇠가 됩니다. Plasmid는 작고 원형인 DNA 분자로, 더 큰 bacteria 염색체와 별도로 복제됩니다. 가치 있는 단백질을 암호화하는 세포의 유전자를 식별하여 bacteria의 plasmid에 재조합하고, bacteria가 분열하면 그 유전자가 대량 생산되고 단백질도 대규모로 생산됩니다.
< Cutting & Pasting DNA with Restriction Enzymes >
DNA를 재조합 하기 위해선 bacteria plasmid와 세포의 유전자를 재조합해야 합니다. 이때 DNA를 자르고 붙이는 작업이 필요합니다. Restriction enzyme(molecular scissors)는 DNA를 자르고 붙이는 효소로 이를 구현해줍니다. Restriction site도 존재하는데 이는 특정 제한 효소에 의해 인식되는 DNA 서열로 이 부분이 잘라지게 됩니다. 자를 때는 서열의 특정 지점의 화학 결합을 자릅니다. 이후, 세포의 DNA를 삽입하고 phosphodiester 결합을 촉매하는 DNA ligase에 의해 결합이 이루어지면 재조합이 완료됩니다.
< Gel Electrophoresis : a method for sorting macromolecules >
Gel electrophoresis는 다른 길이의 DNA 가닥을 분리하고 시각화 합니다. 주로 전하와 크기를 기준으로 단백질과 핵산을 분리합니다. 위의 사진을 보면 DNA 혼합물을 칸에 넣으면 짧은 분자는 빨리 이동하고, 긴 분자는 느리게 이동하여 분리된 것을 볼 수 있습니다.
< Pharamaceutical Applications >
유용한 단백질의 대량생산은 원하는 단백질의 유전자를 bacterium, yeast 등 다른 종류의 세포에 전달하여 이루어집니다. Humulin은 세계 최초 유전자 조작 의약품으로 유전자 조작 bacteria가 생산한 insulin입니다. 사람의 단백질을 대량 생산한느 transgenic bacteria를 사용해서 만든 것입니다. Insulin 뿐만 아니라 사람의 성장에 관여하는 HGH(human growth hormone), 적혈구 생성을 자극하는 EPO(hormone erythropoietin), 감염병을 예방하는 vaccines가 있습니다.
< Human Gene Therapy >
환자에게 유전자를 넣어 질병을 치료하고 있습니다. 정상적인 gene을 추가하면 유전 질환을 교정할 수 있습니다.
정상적인 사람의 RNA를 virus에 넣고 virus의 RNA genome에 사람의 RNA를 삽입하여 골수를 감염시킵니다. virus의 RNA가 세포의 염색체에 들어가고 이를 환자의 골수에 주입하는 과정으로 이루어 집니다.
오늘은 DNA 기술의 종류와 방법, 활용을 알아봤습니다. 다음 글에선 DNA를 profiling하는 것을 알아보겠습니다.