본문내용
1. 서론
1.1. 유전자 가위 기술의 개념과 발전
유전자 가위는 유전체에서 원하는 부위의 DNA를 정교하게 잘라내는 기술이다. 이는 인간 및 동식물 세포의 유전체를 교정하는 데 사용되는 유전자 교정기술로, 유전체에서 특정 염기 서열을 인식한 후 해당 부위의 DNA를 정교하게 잘라내는 시스템을 말한다. 이를 마치 찢어진 옷의 부위(특정 유전자)를 제거하고 새로운 천으로 바꾸는 「유전자 짜깁기」로 볼 수 있다.
유전자 교정은 미리 특정하게 조작된 인공 제한효소가 유전체에서 특정한 DNA 구간을 절단한 후 이를 수리하는 과정에서 원하는 유전자를 짜깁기하듯이 빼거나 더하는 방식으로 이루어진다. 먼저 인공 제한효소를 교정할 DNA에 넣으면 효소가 DNA에 달라붙어 이중 나선 구조가 풀리고 DNA 한 가닥이 효소의 RNA와 결합한다. 그 후 RNA가 끼어 들어간 곳의 DNA를 인공 제한 효소가 양쪽 가닥 전부를 잘라내며, 잘린 DNA 사이로 새로 만들어진 DNA의 조각이 들어가서 결합하게 된다.
유전자 가위 기술은 세대를 거치며 발전해왔다. 1세대 징크핑거 뉴클레이즈는 징크핑거와 3~4개의 뉴클레아제인 핵산분해효소가 결합한 것으로, 특정 DNA 염기서열을 인식하여 결합할 수 있는 징크핑거 단백질 6개를 엮고 이를 세균들이 단백질 절단에 사용하는 제한효소 'Fokl'과 결합하여 DNA 인식능력과 절단능력을 결합한 것이다. 2세대 탈렌은 1세대의 단점을 보완하여 식물성 병원체인 잔토모나스를 이용하여 개발된 것으로, 탈렌의 아미노산 서열을 변경하면 결합 대상인 DNA의 염기서열도 달리할 수 있어 단백질을 맞춤식으로 변형하기가 더 쉬워졌다. 3세대 크리스퍼는 교정하려는 DNA를 찾아내는 RNA와 DNA를 잘라내는 제한효소인 Cas9를 결합하여 만든 것으로, 가이드 RNA가 교정을 목표로 하는 DNA 염기서열에 달라붙으면 Cas9가 DNA의 특정 부위를 잘라내는 방식으로 진행된다. 크리스퍼는 DNA 절단 정도가 더욱 깊고 복잡한 단백질 구조가 없어 과거에 비해 유전자 교정의 효율이 크게 향상되었다.
1.2. 연구의 목적과 필요성
유전자 가위 기술은 유전체에서 원하는 부위의 DNA를 정교하게 잘라낼 수 있는 기술로, 이를 통해 다양한 분야에서 혁신적인 발전이 이루어지고 있다. 따라서 이 기술의 개념과 발전 과정을 이해하고, 활용 분야와 윤리적 문제점을 종합적으로 살펴봄으로써 유전자 가위 기술의 활용 방향을 모색해 보고자 한다. 이를 통해 생물학, 의학, 농업 등 다양한 분야에서 유전자 가위 기술의 발전 가능성과 향후 과제를 파악할 수 있을 것이다.
2. 유전자 가위 기술의 종류와 원리
2.1. 1세대 징크핑거 뉴클레아제
1세대 징크핑거 뉴클레아제는 징크핑거와 3~4개의 뉴클레아제인 핵산분해효소가 결합한 것이다. 1985년 아프리카 발톱개구리의 유전자를 연구하면서 발견한 아연이 결합된 손가락모양의 단백질 구조에서 유래하였다. 1990년대 중반에 미국 존스홉킨스대학의 스리니바산 찬드라세가란이 특정 DNA 염기서열을 인식하여 결합할 수 있는 징크핑거 단백질 6개를 엮고, 이것을 세균들이 단백질 절단을 위하여 사용하는 제한효소 'Fokl'과 결합함으로써 DNA 인식능력과 절단능력을 결합한 1세대 유전자가위가 탄생하게 되었다. 2000년대 초반부터 유전자 교정기술로 이용되기 시작하여 후천성면역결핍증(AIDS), 혈우병, 알츠하이머병 등의 유전적 치료에 활용되고 있다. 그러나 설계와 제작 과정이 복잡하고 비용이 많이 들며, 사용 중 오작동이 많이 발생한다는 단점이 있다.
2.2. 2세대 탈렌
2세대 탈렌...
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