소개글
"유전자 복구 NHEJ와 HDR, 크리스퍼 문제점 및 실태"에 대한 내용입니다.
목차
1. 유전자 가위 기술의 발전과 응용
1.1. 유전자 편집 기술의 진화
1.1.1. 제한효소를 이용한 초기 유전자 편집
1.1.2. 징크핑거 뉴클레아제(ZFNs)와 탈렌(TALENs)
1.1.3. CRISPR-Cas9 시스템의 등장
1.2. CRISPR-Cas9 시스템의 작동 원리
1.2.1. 박테리아의 면역 체계와 CRISPR-Cas9 시스템
1.2.2. CRISPR-Cas9의 유전자 공학적 활용
1.3. CRISPR-Cas9 기술의 응용
1.3.1. 유전병 치료와 농업 분야 적용
1.3.2. 안전성과 윤리적 문제
2. 참고 문헌
본문내용
1. 유전자 가위 기술의 발전과 응용
1.1. 유전자 편집 기술의 진화
1.1.1. 제한효소를 이용한 초기 유전자 편집
제한효소를 이용한 초기 유전자 편집은 유전자 공학의 역사에서 중요한 시작점이 되었다. 1970년대 초반 박테리아에서 발견된 제한효소는 특정 DNA 염기서열을 인식하여 DNA를 절단하는 기능을 가지고 있었다. 이러한 제한효소의 특성을 이용하여 과학자들은 DNA를 자르고 붙이는 기술을 개발할 수 있었다.
제한효소를 이용한 초기 유전자 편집 기술은 DNA의 염기서열을 변형하거나 특정 유전자를 삽입, 제거하는 방식으로 이루어졌다. 특정 제한효소를 선택하여 DNA를 절단한 뒤, 원하는 유전자 서열을 삽입하거나 기존 유전자를 제거하는 방식으로 유전체를 편집할 수 있었다.
이러한 제한효소 기반 유전자 편집 기술은 DNA의 염기서열이 상대적으로 짧은 플라스미드나 바이러스 유전체에 적용되었으며, 복잡한 진핵생물의 유전체를 정확하게 편집하기에는 한계가 있었다. 제한효소가 인식하는 염기서열이 너무 짧아 유전체 내에서 무작위로 절단될 수 있었기 때문이다. 이에 따라 보다 정확하고 효율적인 유전자 편집 기술에 대한 필요성이 대두되었다.
1.1.2. 징크핑거 뉴클레아제(ZFNs)와 탈렌(TALENs)
1세대 유전자 가위 기술로 알려진 징크핑거 뉴클레아제(ZFNs)는 2003년에 등장했다. ZFN은 유전자의 특정 염기서열에 결합하는 핵심 기능 부위가 아연 집게(zinc finger) 형태를 띠는 데에서 유래된 명칭이다. ZFN은 DNA에 특정적으로 결합하여 DNA를 절단하는 기능을 한다. 그러나 ZFN 기술은 성공률이 낮고(24%) 제작 기간이 수개월에 걸리는 등 매우 복잡하며 비용도 높아 그 활용도가 제한적이었다.
이에 2세대 유전자 가위 기술인 탈렌(TALENs)이 2011년 말 등장했다. TALENs는 식물 병원성 박테리아에서 유래되었으며, ZFN에 비해 제작 기간과 비용이 비교적 절감되었다. 또한 DNA의 선택성과 타겟 선정이 비교적 유연한 편이고 특이성도 높을 뿐 아니라 1bp 단위의 정교한 인식도 가능하다는 장점이 있다. 그러나 TALEN의 단백질 구조가 훨씬 크고 반복적이므로 바이러스 전달체를 이용하더라도 세포 내로 전달하기는 다소 어렵다는 한계를 가지며, 여전히 오래 걸리는 제작기간과 높은 비용도 문제점으로 지적되었다.
1.1.3. CRISPR-Cas9 시스템의 등장
CRISPR-Cas9 시스템의 등장은 유전자 편집 기술의 발전에 있어서 큰 획을 그었다. 1987년 일본 오사카대학의 과학자들이 세균을 연구하던 중 발견한 특이한 DNA 염기서열이 CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat)의 기원이 되었다. 이후 CRISPR 시스템이 박테리아의 적응 면역 체계로 작동한다는 사실이 밝혀졌다. 박테리아는 바이러스의 DNA 일부를 자신의 유전체에 기록하고, 이를 이용하여 재침입한 바이러스의 DNA를 정확히 인식하여 절단하는 면역 메커니즘을 가지고 있었던 것이다.
이러한 CRISPR 시스템의 원리를 활용하여 2012년 두 여성 과학자 Emmanuelle Charpentier와 Jennifer A. Doudna는 CRISPR-Cas9이라는 유전자 가위 기술을 개발하였다. CRISPR-Cas9 시스템은 Cas9이라는 핵산 분해 효소와 특정 표적 DNA 서열을 인식하는 guide RNA로 구성된다. guide RNA가 표적 DNA 서열을 인식하면 Cas9 효소가 그 부위를 정확하게 절단한다. 이를 통해 원하는 유전자 부위를 선택적으로 편집할 수 있게 된 것이다.
CRISPR-Cas9 시스템의 등장으로 유전자 편집 기술은 획기적인 발전을 이루게 되었다. 기존의 징크핑거 뉴클레아제(ZFNs)와 탈렌(TALENs)에 비해 CRISPR-Cas9은 제작이 간편하고 효율성이 높으며, 표적 유전자 인식 범위도 더 넓어졌다. 또한 원핵생물뿐만 아니라 진핵세포에도 적용할 수 있다는 장점이 있다. 이를 통해 다양한 생명체의 유전자를 편집하고 활용할 수 있게 되었으며, 유전병 치료와 농업 분야 등 광범위한 응용이 가능해졌다.
1.2. CRISPR-Cas9 시스템의 작동 원리
1.2.1. 박테리아의 면역 체계와...
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[네이버 지식백과] 유전자 변형 기술
[네이버 포스터] 생명공학 Bio-technology 중 CRISPR-Cas9을 활용한 사례
[한겨레] 유전자 편집의 윤리, 어떻게 봐야 할까?
[네이버] KBCH기자단 https://blog.naver.com/jcy6194/221312031754
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과학기술정보 통신부 - 유전자를 싹둑, 유전자 가위의 진화.
연합뉴스 – 노벨화학상 2인…크리스퍼 유전자가위로 생명과학 새시대 열어.
네이버 – 크리스퍼 유전자 가위 원리 이해하기.
사이언스 온 – 미생물이 지닌 유전자가위, 생명현상 보는 또다른 ‘창’.
ibs기초과학연구원 – 과학자가 본 노밸상_vol.3 노벨화학상.
네이버지식백과 – 카스 단백질
연합뉴스 – 열성 변이 가진 ‘베토벤 생쥐; 크리스퍼 가위로 교정 성공.
고대신문 – 질병 유전자 자르는 유전자가위, 교정,전달 효율이 과제
한겨례뉴스 – 박테리아의 면역방어 시스템 10가지 새로 발견
Hemophilia Life – 혈우병 없는 미래를 꿈꾸는 크리스퍼 유전자치료.
메디퓨리 – 크리스퍼 유전자가위, 유전자 편집 기술에 대하여.
자유시간 – 유전자 편집기술’CRISPR’이란 무엇인가..그리고 인류의 미래는 어떻게 될까?
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