본문내용
1. 생물공학(바이오테크놀로지)의 개요
1.1. 생물공학의 정의
생물공학(바이오테크놀로지)은 생명체의 유용한 특성을 이용하여 여러 가지 공업적 공정 및 생화학적 공정으로 진행되는 학문이다. 이는 DNA 재조합 기술을 응용한 새로운 과학적 방법 등을 모두 포함하는 개념이다. 생물공학의 정의와 대상 내용은 시대에 따라 크게 변화되어 왔으며, 현재는 생명과학의 전체 분야를 학제간의 구별 없이 연구하는 기초적 학문과 이를 기반으로 새로운 기술 개발을 목적으로 하는 응용분야를 모두 포함한다."
1.2. 생물공학의 역사
생물공학은 1960년대 이후 컴퓨터기술의 개발과 함께 로봇 제어기술을 뒷받침하는 인공지능에 관한 연구, 인간의 작동에 적합한 기계설계를 위한 인간공학의 연구 등이 등장하면서 폭발적으로 발전해 왔다"". 특히 생체의 기능조절을 공학에 응용하려는 시도가 1970년대에 도입되었으며, 1970년대 후반부터 생물공학은 대상과 영역이 급속히 확대되어 생물공학의 전성기로 진입하였다"". 이에 따라 종래의 미생물공학은 주로 유전공학으로 발전되었으나 현재는 발생공학, 세포공학 등과 같이 새로운 분야가 개척되었다"". 특히 1980년대에는 생물학 전체 분야가 생물공학과 연관되어 있다는 점이 중요하게 부각되었다"".
2. 바이오 혁명의 주요 분야
2.1. 농업과 식품
2.1.1. 클론의 대량 증식
조직배양에 의한 식물체 재생능력을 응용해서 많은 식물에서 단기간에 대량의 개체를 증식할 수 있게 되었다. 우량개체를 만들어내는 데서 신품종의 성립까지 연한을 대폭적으로 단축할 수 있게 되었다. 또한 배양세포로부터 부정배(不定胚)를 대량으로 만들어 낼 수 있는 식물에서는 이 부정배를 인공막으로 감싸고 인공종자로서 다루는 기술이 주목되고 있다. 대량 증식에 관해서는 증식 효율을 높이기 위한 기술, 시험관 밖으로 나왔을 때 묘의 활착(活着), 배양 중에 일어나는 변이의 제어 등이 현재 중요한 관심사이다.
2.1.2. 변이개체의 선발
조직배양에 의해 얻어진 개체에는 유전적으로 변이한 것이 많으며, 이러한 현상을 소마클로널변이(somaclonal variation)라 한다. 이 소마클로널변이를 적극적으로 이용하여 감자·사탕곰팡이 등의 영양번식성 작물에서 육종이 행해지고 있다. 조직배양을 통해 변이개체를 선발하는 방법은 다음과 같다.
먼저 조직배양 과정 중에 발생하는 변이를 활용한다. 이는 배양세포가 세포분열을 반복하는 과정에서 유전적 변이가 일어나기 때문이다. 이러한 변이개체 중에서 목적하는 형질, 예를 들어 병저항성, 착색, 제초제 내성 등의 변이가 일어난 개체를 선발하여 재생식물체를 얻는다. 선발된 변이개체는 대량증식을 하여 천연종에 비해 개선된 특성을 가지는 신품종을 육성할 수 있다.
또한 방사선 조사나 화학적 처리를 통해 인위적으로 변이를 유발시키는 방법도 활용된다. 이렇게 해서 얻어진 변이개체 중에서 목적하는 특성을 지닌 개체를 선발하여 신품종으로 육성할 수 있다.
이러한 조직배양을 통한 변이개체 선발 육종법은 기존의 교배육종법에 비해 시간과 노력을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 교배육종으로는 얻기 어려웠던 새로운 형질의 개체를 만들어낼 수 있다는 장점도 있다.
따라서 변이개체 선발은 바이오혁명의 중요한 분야로, 작물 개량에 크게 기여하고 있다고 볼 수 있다."
2.1.3. 반수체 및 순계식물의 육성
식물의 꽃밥 또는 배양하여 화분 유래의 반수체식물을 육성할 수 있다. 반수체식물은 열성 돌연변이체를 효율적으로 만들어내고 발견하는 데 유효할 뿐만 아니라, 그것을 배가함으로써 일거에 순계식물을 얻을 수 있어서 육종연한의 단축에 큰 효과가 있다. 다만 현재는 가지과·유채과·벼과의 식물 이외에는 꽃밥배양이 곤란한 것이 많다.
반수체 식물은 염색체수가 반수체(2n)인 식물로, 일반적인 식물이 2배체(4n)인데 비해 염색체 수가 절반인 식물이다. 이러한 반수체 식물은 육종연한을 단축시킬 수 있는데, 그 이유는 다음과 같다.
일반 식물에서는 열성 돌연변이체를 얻기 위해서는 자가수분을 통해 F2 세대까지 기르면서 열성 변이체를 선발해야 한다. 그러나 반수체 식물에서는 돌연변이체가 바로 표현되기 때문에 세대 단축이 가능하다. 이렇게 얻어진 돌연변이체를 배가하면 순계 개체를 쉽게 획득할 수 있다.
예를 들어, 벼에서 반수체 식물을 이용하면 F1 잡종에서 바로 돌연변이체를 선발할 수 있다. 이렇게 선발된 돌연변이체를 배가하면 순계 품종을 1년 만에 육성할 수 있다. 일반적인 벼 육종법으로는 F1 잡종을 6-7년간 선발하고 순계화해야 하는데, 반수체를 이용하면 그 기간을 크게 단축시킬 수 있다.
따라서 반수체 기술은 육종 연한을 단축시킬 수 있어 신품종 개발에 매우 효과적이다. 현재 가지과, 유채과, 벼과 등의 작물에서 반수체 기술이 활용되고 있으며, 앞으로 더 많은 작물로 확대될 것으로 기대된다.
2.1.4. 원연잡종의 작출
원연잡종의 작출은 원래의 종 사이에 보통 교배 조작에 의해서는 잡종이 얻어지지 않는 경우 시험관내수정, 배배양(胚培養), 배주배양, 씨방배양 등으로 수정배를 정상적으로 발육시켜 종간잡종을 얻는 것이다. 그러나 이와 같은 방법으로도 잡종이 얻어지지 않는 경우에는 이것을 극복하는 방법으로서 세포융합법을 이용할 수 있다. 효소처리에 의해 식물세포에서 세포벽을 제거하고 프로토플라스트를 조성한 후 폴리에틸렌글리콜 등으로 처리함으로써 세포간 융합을 일으킬 수 있다. 이 방법을 이용해서 현재 토마토와 감자의 잡종인 ＜포마토＞를 비롯하여 많은 체세포잡종을 만들어낸 예가 보고되고 있으나, 이질적인 게놈의 공존에 의한 유전적 불균형으로 생식기능이 불완전하게 되어 자손을 얻을 수 없는 경우가 대부분인 것 등 아직 남아 있는 문제가 많다.
2.1.5. 유전자재조합
유전자재조합은 Ti 플라스미드나 Ri 플라스미드 등을 유전자의 벡터로 이용하고, 카나마이신 저항성의 유전자 등을 식물세포에 도입하여 개체 수준에서도 그 형질이 발현된다는 것이 밝혀졌다. 그 외 핵이나 염색체의 도입에 의한 유전자의 부분적 수확이나 핵치환에 의한 핵-세포질잡종의 육성 또는 엽록체나 미토콘드리아에 의한 세포질유전자의 이입법 등이 검토되고 있다. 이러한 기술을 통해 작물의 생육 및 생산성, 내병성, 내재해성 등을 개선할 수 있어 농업분야에서 중요한 역할을 하고 있다."
2.1.6. 생물 ...
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