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유전자가위, CRISPR

● 유전자가위(CRISPR) 란?‘Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats’의 약자이다.DNA상에 존재하는 18~40개로 구성된 특정 염기서열을 인식하여 DNA 두 가닥을 절단하는 인공 제한효소(engineered nuclease)로 동식물 유전자의 손상된 DNA를 잘라내고 정상 DNA로 교체하는 유전자 편집(genome editing) 기술을 의미한다.유전자가위는 1세대 징크핑거 뉴클레아제(ZFN；Zinc Finger Nucleases), 2세대 탈렌(TALEN；Transcription Activator-Like Effector Nucleases), 3세대 크리스퍼(CRISPR；Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)의 단계로 발전하였다.● 유전자가위 원리[1세대 유전자 가위 : 징크핑거 뉴클레아제 (ZFN)]Zinc-finger nuclease (ZFN)은 DNA의 특정서열에 결합하는 부위가 zinc-finger 형태의 구조를 가지는데서 유래한 명칭이며 뉴클레아제(핵산분해효소)와 3~4개의 징크핑거가 결합한 것이다.zinc-finger 은 1985년에 아프리카 발톱개구리의 유전자를 연구하면서 발견한, 아연(Zn)이 결합된 손가락(finger) 모양의 단백질 구조에서 유래되었으며 zinc-finger domain 은 Cys2-His2 구조를 가지고 30개의 아미노산으로 구성되며 ββα 입체 배열을 가진다. 이들 아미노산 중, a-helix 표면에 위치하는 아미노산들이 DNA 상의 3개의 뉴클레오타이드와 선택적인 결합을 함으로써 zinc-finger domain은 DNA서열을 인식하게 된다.ZFN은 이러한 zinc-finger domain의 특성을 이용하여, 임의의 3개의 뉴클레오타이드 서열을 인식하는 zinc-finger를 설계하고, 타겟 DNA 서열과 상보적 결합을 이루는 특정 zinc-finger들을 연결하는 ‘modular as base pair를 특이적으로 인지할 수 있는 선택성을 가지도록 제작한다. 그러나 zinc-finger domain 자체는 유전자에 결합은 할 수 있으나 절단하는 기능은 가지고 있지 않아 DNA를 자를 수 있는 FokI 제한효소를 유전적으로 융합 (fusion)시켜 ZFN를 제작한다. 일반적인 ZFN은 3개 또는 4개의 zinc-finger domain으로 구성되어 있으며, 3개의 DNA 핵산서열 (DNA triplet)을 인지할 수 있는 각각의 zinc-finger domain들에 FokI 제한효소가 융합되어 있다.ZFN에 의해 유전자가 절단되기 위해서는 FokI은 이합체(dimer) 형태를 이루고, 양쪽으로 zinc finger domain이 DNA의 특정 서열을 인지하여 결합하고 있는 구조를 형성한다. Zinc-finger 단백질에 의해 인지되는 서열들 가운데에 위치하는 5-7bp에 해당하는 spacer 서열이 FokI에 의해 절단된다. 이때, zinc-finger domain은 5‘-GNN-3’, 형태의 서열을 인지하여 타겟 유전자 선정의 유연성이 제한되는 한계점이 있다[2세대 유전자 가위 : 탈렌 (TALEN)]탈렌은 징크핑거 뉴클레아제가 설계와 제작 과정이 복잡하고 비용이 많이 들며 사용 중 오작동이 많이 발생하는 문제점을 개선하기 위하여 개발된 2세대 유전자 가위이다. 12~19개 TALE단백질과 FokI 제한효소가 결합 되어있다.Transcription activator-like effector(TALE) 식물 병원성 박테리아에서 발견된 DNA 결합 단백질로, 33-35개 아미노산이 반복되는 domain의 연속으로 이루어져있다. DNA와의 결합은, 각 domain상의 repeat variable di-residues(RVD)라고 불리는 각각의 repeat가 한 개의 뉴클레오타이드와 선택성을 가진다.TALEN은 ZFN와 유사하게 제작이 된다. 위의 TALE 단백질 성질을 이용하여 TALE 단백질을 연속적으로 연결해 DNA상의 다양한 서열을 인지할 DNA 절단 능력이 없어 FokI 제한효소와 유전적으로 융합 (fusion)을 시킨다. DNA 절단시 FokI는 dimer형태를 이루고, TALE에 의해 인지되는 DNA 서열 양쪽 가운데 12-19개의 spacer 서열을 자른다.TALEN을 구성하는 아미노산 서열은 절단하는 DNA의 염기서열과 일치하기 때문에 탈렌의 아미노산 서열을 변경하면 결합 대상인 DNA의 염기서열도 달리할 수 있어 단백질을 맞춤식으로 변형하기가 훨씬 수월하다.[3세대 유전자 가위 : 크리스퍼 (CRISPR)]CRISPR/Cas9 system은 세균의 면역반응에 관여하는 단백질에서 유래한 것으로 교정하려는 DNA를 찾아내는 RNA(리보 핵산)와 DNA를 잘라내는 제한효소인 Cas9를 결합하여 만든 것 이다. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)와 CRISPR associated protein-9(Cas9) nuclease를 의미한다.CRISPR/Cas9 system은 1,2 세대 유전자 가위와 달리 CRISPR/Cas9 그 자체에 유전자 절단 효소의 기능이 있으며 유전자 서열을 인지하는 선택성의 측면에서 별도의 zinc-finger domain이나 TALE의 repeat 단위구조를 제작하지 않고 single guide RNA (sgRNA)의 상보적인 서열을 이용한다.sgRNA는 sequence-invariant trans-activating crRNA (tracrRNA)와 CRISPR RNA (crRNA) 두개를 합친 단일(single) RNA이다. 세균은 외부 DNA가 침입 시 방어기작 (내성기작)으로 외부 침입 DNA를 절단하여 20여 쌍의 염기서열을 자신의 CRISPR 구조에 결합시켜 저장을 한다. 이때, 외부 DNA가 다시 침입하게 되면 CRISPR 구조로부터 긴 RNA가 전사되고 전사된 후 변형되어 회문구조를 가진 sequence-invariant trans-activating crRNA(trac포함하고 있는 CRISPR RNA(crRNA)가 만들어진다. 이 두 RNA을 합친 것이 바로 Guide RNA이다. Cas9 단백질은 유전자를 절단할 수 있는 단백질로 single guide RNA (sgRNA)와 complex를 이루고 있다.sgRNA는 5’-NGG-3’로 이루어진 protospacer-adjacent motif(PAM) 서열을 포함하는 상보적 서열을 가지는 DNA에 결합함으로써, Cas9가 선택적 서열을 자를 수 있게 유도한다. 이를 이용하여 임의의 20여 쌍의 염기서열을 CRISPR 구조에 삽입하여 원하는 DNA 부분만을 정밀하게 자르기 위한 유전자 조작 연구에 활용할 수 있다.● 유전자가위의 응용① 질병 치료-CRISPR/Cas9 시스템을 이용한 B형 간염 바이러스 치료“In summary, the studies have demonstrated the effectiveness of the CRISPR/Cas9 system in inhibiting HBV cccDNA both in vitro and in vivo and mark the potential of CRISPR/Cas9 system in treating chronic HBV infection.”: CRISPR/Cas9 system을 이용하여 HBV cccDNA을 억제하여 HBV치료에 대한 잠재성을 가지고 있다.- 취약 X 증후군(fragile-X syndrome)을 크리스퍼(CRISPR/Cas9) 유전자 가위로 바로 잡다“미국 화이트헤드 연구소(Whitehead Institute)의 루돌프 예니시 박사 연구팀은 스스로 개발한 맞춤형 유전자가위 기술로 취약X 증후군을 일으키는 FMR-1 유전자 변이를 교정하는 데 성공했다고 사이언스 데일리가 25일 보도했다.유전자 가위로 FMR-1 변이유전자의 특정 DNA 구간에 메틸화 태그(methylation tag)를 추가하거나 탈락시키는 방식으로 FMR-1 유전자의 발현을 정상 수준으로 회복시키는 데 성공했다고 예니시 박사는 밝혔다.”② 유PR/Cas9 시스템을 이용한 유색고약버섯의 리그닌 분해 효소의 유전자 편집“목재부후균인 유색고약버섯은 리그닌 분해 효소 시스템(manganese peroxidase, lignin peroxidase, multi-copper oxidase)에 의해 목재 내 난분해성 물질인 리그닌을 효과적으로 분해하였다. 이러한 리그 닌 분해 효소 시스템의 기능을 강화하는 방법에는 분해배지의 최적조건구명이나 균주 형질전환 시스템 을 활용할 수 있다.세포벽 분해효소(Usukizyme)을 이용하여 유색고약버섯의 균사로부터 원형질체를 분리하고 여기에 PEG(polyethylene glycol)를 이용하여 리그닌 분해효소 유전자의 guide RNA와 Cas9 단백질을 삽입하여 유전자 편집을 시도하였다.”- 유전자 가위를 이용한 작물 개발“다국적 기업의 움직임 역시 심상치 않다. 세계 최대 농업 기업인 몬산토는 지난해 11월 매사추세츠공과대학(MIT)과 하버드대학이 공동 설립한 브로드연구소(Broad Institute)와 ‘크리스퍼 유전자 가위’ 기술을 사용할 수 있는 계약을 체결하고 올리브오일만큼 건강에 좋은 식용유 만들기에 나섰다. 듀폰 역시 가뭄 저항성 콩과 밀을 개발하기 위해 유전자 가위 벤처기업인 카리부 바이오사이언스와 공동 연구협약을 맺었고 생명공학 계열사 듀폰 파이오니어 역시 찰기를 크게 높인 찰옥수수를 개발 중이다”- 어류 유전자 편집 기술“어류 유전자 편집 기술은 2016년에 시작됐다. 3세대 기술로 알려진 '크리스퍼 유전자 가위' 기술을 활용했다. 넙치 근육 성장 억제 유전자 삭제가 목표다. 넙치 근육 양을 줄이면 상품 가치가 떨어진다. 최근 수정란에 미세 주입 독자 기술과 편집 기술 등을 이용해 근육 성장 억제 유전자 삭제에 성공했다.”③ 멸종 동물 복원- 메머드 복원“생명공학 벤처 메디키네틱스의 이윤수 박사는 "매머드 사체에서 조각나고 훼손된 유전자를 분석해 전체 유전체 지도를 만든 다음, 이를 참조로 아시아코끼리의 유전자를 유전자 가위로 교정하는 방식으로 온전한 ”

자연과학| 2020.03.11| 5페이지| 2,000원| 조회(507)

유전학, 유전학레포트, CRISPR, 크리스퍼, 유전자가위

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Lactobacillus의 산업적 이용

미생물의 산업적 이용Lactobacillus◎ Lactobacillus의 정의젖산(간)균 혹은 유산균이라 불리며 물질대사에 의해 탄수화물을 젖산으로 분해시키는 후벽균류 세균을 총칭한다. 그람양성, 카탈라아제 음성, 통성혐기성에서 혐기성, 보통은 비운동성, 무포자의 간균이다. 호모형과 헤테로형의 2유형이 있다.부생세균으로 엔실리지, 우유, 치즈, 발효야채, 곡류 등에 많이 분포하고, 사람의 구강, 장관에도 있다.요거트, 유산균음료, 김치 등의 식품을 발효시킨다. 일부 젖산균은 창자 등의 소화기관(장내세균)이나 질 안에 있어 다른 병원미생물로부터 몸을 지키고 항상성 유지를 돕는다고 여겨진다. 충치의 원인균이 되기도 한다.◎ Lactobacillus의 분류Eubacteriales목(目), Lactobacilleae족(族), Lactobacillaceae과(科)의 1속(屬), 대형의 그람양성, 혐기성(嫌氣性) 또는 미호기성간균(微好氣性桿菌)이다락토바실러스 아시도필루스 -Lactobacillus acidophilus락토바실러스 카제이 - Lactobacillus casei락토바실러스 람노서스 -Lactobacillus rhamnosus락토바실러스 플란타륨 -Lactobacillus plantarum락토바실러스 불가리쿠스 -Lactobacillus bulgaricus락토바실러스 루테리 -Lactobacillus reuteri등 15종이 있다.◎ Lactobacillus의 산업적 이용? 식품- 치즈: casein(카세인)의 rennet 응고, 커드로부터 whey(유청)의 배출 촉진과 함께 제조공정과 숙성 기간 중에 있어서의 오염균의 생육 억제, 향미 성분의 생성 숙성 기간중에 있어서 단백질과 지방을 분해 역할을 한다.치즈의 제조에 이용되고 있는 균은 Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillu lactis,Lactobacillus bulgricus 등이 있다.- 김치: (김치의 발효에 이용)김치발효 초기에는 호기성균들이 많이 존재하지만 발효가 진행될수록 통성 혐기성균인 유산균이 김치발효에 주도적으로 관여하면서 젖산(lacticacid) 등의 유기산과 탄산 가스(CO2)가 생성되어 발효환경은 pH가 낮아지고 혐기적조건으로 바뀌면서 호기성 세균의 번식이 억제된다.김치발효에 관여하는 균은 Lb. sakei, Lb. plantarum, Lb. brevis, Lb. curvatus,Lb. bavaricus, Lb. fermentum 등이 있다.Lb. plantarum는 비장(SPC) 및 소장(PPC)의 면역세포 증식속도를 증가, 복강 macrophage의 nitric oxide(NO) 생성량 증가, 장내 분비 IgA 생성량의 증가, 혈액 내 TNF-α 및 IL-2 농도의 증가 그리고 특이항체생성 세포수의 증가 등과 같은 다양한 면역활성효과를 관찰하였다.내산성 실험 결과, Lb. acidophilus DDS-1, Lb. acidophilus B-3208, Lb. plantarum과 Leu. mesenteroides subsp. mesenteroides ATCC 8293의 경우 생존율이 50% 이상으로 나타났다. Lb. acidophilus DDS-1, Lb. acidophilus B-3208 및 B. bifidum KCTC 3357은 Staphylococcus aureus를 제외한 Escherichia coli O157:H7 ATCC 43895, Listeria monocytogenes ATCC 59414, 그리고 Salmonella Enteritidis ATCC 49313에 대해 높은 증식 억제기능을 나타내었다.Lb. plantarum K8의 파쇄물과 유산균 및 γ-리놀렌산 복합체(Lb. rhamnosus GG 생균, B. lactis Bb12-Lb 생균, Lb. plantarum K8 생균, Lb. plantarum K8 파쇄물, γ-리놀렌산)를 아토피 동물 모델인 NC/Nga mice에 경구 투여한 후 혈청면역지표(IgE, IL-4, IL-5, IFN-γ)와 비장배양액에서 IgE 농도를 측정한 결과, 혈청 IgE, IL-4, IL-5를 감소시키는 것으로 나타났다. (논문 내용 中 일부)*김치 유산균의 효능*(1) 면역조절기능:Lb. casei의 세포벽 성분이 복강의 macrophage와 혈액 내의 T lymphocyte들의 활성화를 통해 Sarcoma-180으로 유도된 복수암에 대한 억제효과와 Balb/c mice에서 methylcholanthrene으로 유도된 MCA-K라는 고형암에 대하여 억제효과가 있었다.Lb. paraplantarum GL, Leu. kimchii를 처리하였을 때 TNF-α의 발현량이 증가하였고 Leu. gasicomitatum MB를 처리하였을 때는 IL-12의(2) 항암효과:발현량이 증가하였다. 이러한 cytokine은 모두 Th1 response를 유도하는 cytokine이므로 이들 유산균을 처리하였을 때 Th1 response가 우세하게유도된다고 볼 수 있었다. 또한 이들은 직접적인 antitumor effect를 유도할 수 있는 강력한 cytokine이므로 in vivo에서 항암효과를 나타낼 수 있을 것이라고 생각하였다. (논문 내용 中 일부)- 가축사양과 probiotics: 가축의 사료 첨가제로서 Lactobacillus acidophilus가 이용되고 있다.단위 동물의 경구 probiotics로서의 유산균은 장내 세균 개선, 설사 방지 등의 효능을 나타내고 있다. 최근에 음식물 찌꺼기의 사료화에 대한 관심이 높아지고 음식 잔반의 액 화 사료 제조 시 Lactobacillus acidophilus를 첨가 발효시켜 만든다.? 의학- 실험적 E. coli 요로감염에 대한 예방효과(영아 흰쥐).: 요로감염은 소아에서 흔한 세균성 질환으로 부분 Escherichia coli( E. coli )등 자신의장내 세균에 의한 상행성 감염으로 알려져 있다.요로 병원균에 한 유산균의 항균 기능은 biosurfactant 분비, 상피세포 결합 부위에서경쟁, 다양한 항균물질(과산화수소, 젖산, bacteriocin)분비 숙주의 타고난 면역 기능향상등이 입증되어 있다.논문의 실험 결과를 살펴보면 Lactobacillus casei(L. casei) GR1을 방내 주입한 후3주간 요도 입구에 도포한 성숙 흰쥐의 84%에서 실험 E. coli 요로감염이 예방되었고,L. casei Shirota균주를 요도 내 주입한 성숙 생쥐에서 소변내 E. coli 가 유의하게감소되었으며 병리 소견에서도 예방 효과가 입증되었다. L. murinus 균주를 요도 내주입한 성숙 생쥐에서도 방과 신장의 Proteusmirabilis(P. mirabilis)집락수가 유의하게감소되어 요로감염 예방효과가 입증되었다. (논문 내용 中 일부)? 미용- Lactobacillus pentosus (Miev L1207)의 미백기능: Lactobacillus pentosus Miev L1207가 Mealanin 생성과 Tyrosinase 억제활성을확인하였고 미백 효과가 있다는 것을 확인하였다.B16F10 melanoma cell에 Lactobacillus pentosus Miev 배양액 10㎕/㎖ 처리는Melanin 생합성을 최대 96% 억제하였다. Streptomyces bikiniensis를 이용한 멜라닌 생합성 억제 분석에서 L 1207의 억제 역영을 확인하였다. L1207은 최대 94% Tyrosinase 활성을 저재하였다. L1207 Tyrosinase 저해 활성이 MRS Broth 보다 2.4배 높았다. 표준물질과 함께 L1207의 유기산을 분석한 결과, Succinic acid 10.05㎎/㎖ 함 유하는 것으로 검출 되었다. 이러한 결과에서 Lactobacillus pentosus Miev L1207 배양 액이 피부미백효과를 가지며 기능성 화장품 소재로서의 응용 가능성이 있는 것으로 판단 된다. (논문 내용 中 일부)- 한미약품, 유산균 함유 화장료 조성물특허 획득. 제품 시판: 유산균 복합제제를 유효성분으로 함유하는 화장료 조성물은 피부 보습 효과 및 피부 표 피 분화 유도 효과가 우수해 피부장벽을 강화할 수 있다는 것이 특징이다. 이를 이용한 한 미약품의 ‘클레어테라피 프로캄’ 16종은 해당 특허를 활용한 약국전용 프리미엄 화장품으 로 겨울철 고온 건조한 실내환경 뿐만 아니라 환경오염 및 스트레스 등으로 인한 피부 건 조 완화에 도움이 될 수 있다. (기사 내용 中 일부)? 화학제품: 현재 유산은 카르복실기와 수산기를 가지고 있어 화학적 전환이 가능한 잠재력이 있는 공급 원료 monomer로서 간주된다.유산은 propylene oxide, acetaldehyde, acrylic acid, propanoin acid, dilactide와 같은 다양한 화학 물질로 전환한다.유산은 최근 생물 분해성이 있는 플라스틱으로서 역할을 하는 PLA 생산을 위한 공금 원 료 monomer로서 큰 관심을 끌었다. 순수한 유산은 polycandesation, depolymerization 과 ring-opening polymerization의 일련의 반응을 통해 고분자 PLA로 중합된다. 이 PLA는 의류, 식품 포장, 제초 필름, 쓰레기 봉지 등에 사용된다.◎참고문헌1. 네이버, “Lactobacillus”, Lactobacillus의 정의,http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=421978&cid=42411&categoryId=42411, 2017.12.05.2. 구글, “Lactobacillus”, Lactobacillus의 정의, https://ko.wikipedia.org/wiki/유산균속, 2017.12.05.3. 구글, “Lactobacillus”, Lactobacillus의 분류,http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3497063&cid=58529&categoryId=58529

자연과학| 2020.03.11| 6페이지| 2,000원| 조회(206)

미생물, 세균학, 미생물의 산업적 이용, Lactobacillus, 락토바실러스, Lactobacillus 이용

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생체모방기술

[생체모방기술]방아벌레의 점핑 능력을 모방한 로봇기술방아벌레는 산에 있는 나무나 잎에서 흔히 발견되는 평범한 벌레이다. 하지만 이 평범하고 별 볼일 없어 보이는 방아벌레에게는 특별한 능력이 있다.대부분 벌레들은 몸이 뒤집어졌을 경우 다리를 이용하여 몸을 뒤집거나 몸을 아애 뒤집지 못하는 경우 가 대부분이지만 방아벌레는 몸이 뒤집어 졌을 경우 다리를 사용하여 몸을 뒤집는 것이 아니라 신체 부위의 특별한 부분을 통해 몸 전체를 점프를 하여 몸을 뒤집는다.과학자들은 이를 발견하고 영감을 받아 로봇이 뒤집어졌을 때의 해결방안으로 적용하여 넘어져도 스스로 일어날 수 있는 로봇기술을 개발한다.이 방아벌레를 모방한 로봇기술에 대하여 구체적으로 알아보도록 하자.우선 방아벌레란 생물학적 분류에서는 딱정벌레목(Coleoptera), 방아벌레과에 속하며 우리나라에는 102종정도로 알려졌다.그들의 신체는 납작하고 무척 단단하며, 크기와 색상이 다양하다. 산지나 평지 등 다양한 곳에서 볼 수 있다. 우리나라에서 발견된 방아벌레 중에서 대관령 지역에 발견된 방아벌레는 90% 정도가 청동방아벌레로 조사되어 있다.위의 서론에서 설명하였듯이 방아벌레는 특별한 부분을 이용하여 몸이 뒤집어 졌을 경우 몸 전체를 뒤집는다.*jumping영상 - https://www.youtube.com/watch?v=Vew2nzaLerY,*이 특별한 부분의 비밀은 방아벌레의 머리와 몸체 사에 있는 ‘경첩과 같은 구조(hinge-like mechanism)’에 있다.그들은 몸을 뒤집을 때 그들의 다리를 사용하지 않고 머리와 몸체 사이에 있는 경첩을 이용하여 점프를 한다. 이때 스스로 몸을 빠르게 구부려 뒤집힌 몸이 원래 상태로 돌아가게 된다.방아벌레의 신체는 두 개의 하위 단위(머리, 몸체)로 나눠져 있으며 나눠져 있는 부분에는 경첩이 존재하며 이는 외피의 peg(못)으로 고정되어 있다. 누워져 있는(평평해져 있음) 동안에 두 개의 하위 단위를 연결하는 큰 종축 근육이 탄성 에너지를 저장한다.점핑을 하게 될 시 peg(못)가 경첩을 밀고 잠금 해제를 하면 저장된 에너지가 갑자기 방출 되어 1ms 이내에 신체를 구부러지게 한다.방아벌레가 몸을 구부리게 될 시 그 머리와 몸체의 굴곡은 최대 380배의 중력 가속도로 공중에 높이 치솟게 한다. 방아벌레가 공중에 있는 동안에는 몸이 강하게 회전을 한다. 그러나 원래상태로 돌아가기 위해서는 방아벌레가 몸체 길이만큼 신체를 들어 올리고 전체 운동의 반을 수행해야한다.어떤 한 방아벌레 (몸체 길이 10-12mm)는 최대 30cm의 높이로 뛰었고 착륙하기 전에 공중에서 6번 공중제비를 수행한다.위에서 설명한 방아벌레의 능력을 기반으로 과학자들은 아래와 같은 과정을 통해 위에서 로봇기술을 만든다.? 방아벌레의 점프를 활성화하는 경첨을 마찰을 측정한다.? 방아벌레의 점핑 기술을 모델화(그래픽화) 시킨다.? 방아벌레가 뛰는 모습의 궤도를 그래프로 나타낸다.? 엔지니어와 생물학자들이 측정한 정보를 바탕으로 시제품을 만든다.*방아벌레를 생체모방한 로봇기술을 제작하는 과정 영상 -https://www.youtube.com/watch?v=9ozz2jRfBUk,*이렇게 제작한 로봇은 스탠포드대학에서 열린 '제6차 생체모방 및 생체 하이브리드시스템즈에 관한 국제컨퍼런스'에서 발표를 위한 시제품으로써 아직 방아벌레를 이용한 로봇기술이 상용화 되거나 시판 되지 않고 있다. 하지만 위와 같은 방아벌레의 능력이 로봇에 적용되고 상용화가 된다면 넘어졌을 때 스스로 일어나지 못하는 로봇들에게 새로운 패러다임을 부여할 수 있게 되는 계기가 될 수 있을 것이다.*그 외 최신 생체모방기술*- 포유류 피부에 있는 촉각 수용체 중 하나 '메르켈 세포' 구성 원리 → 전자피부 개발- 문어의 빨판 내부에 있는 입체 돌기 구조 → 마이크로미터 단위의 빨판형 점착 소재 개발◎참고문헌1. 구글, “Click beetles jumping”, 방아벌레의 점핑 원리,

자연과학| 2020.03.11| 3페이지| 2,000원| 조회(328)

생체모방기술, 방아벌레, 곤충을 이용한 로봇

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임상시험

임상시험◎ 임상시험(Clincal Trial/Study)의 정의의약품을 개발, 시판하기에 앞서 임상시험용의약품의 안전성과 유효성을 증명할 목적으로 해당약물의 악동·악력·악리·임상적 효과를 확인하고 이상반응을 조사하기 위하여 사람을 대상으로 실시하는 시험 또는 연구를 의미한다.◎ 제1상 임상시험‘투약용량 발견 시험(dose-finding trial)’, ‘최초의 인체 대상(first in man)’연구 라고도 부른다. 동물실험 혹은 시험과 실험을 통하여 개발한 화합약품을 사람에게 적용하는 첫 번째 임상시험 단계이다.수행자주로 임상약리학자시험 대상자&대상자수? 통상 20~80명, 때로 20명 이하 인원, 소수의 참여자? 건강한 지원자를 자주 이용하며, 충분히 안전한 경우에는 관심질환을 알고 있는 환자를 피검자로 또 다른 제1상 임상연구를 수행한다. 예외로, 항암제 임상시험의 경우 예상되는 부작용들이 건강한 지원자에게 부적적할 수 있기 때문에 항암제는 암환자에게 먼저 테스트를 한다.시험 목적 및 의의? 적정 복용량과 투약 주기를 정하여 그 약물의 체내동태(pharmacokinetics), 인체에서의 약리작용, 부작용 및 안전하게 투여할 수 있는 투여량(내약량)의 등을 결정? 단회 투여허용량 연구, 다중 투여허용량 연구, 흡수-분포-신진대사-분비(ADME: Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion)등과 같은 약물동력학을 평가? 환자 선택, 초기용량 선택, 용량증가 규칙, 환자의 허용불가 독성이 경험되기 전의 최상의 약물복용량(약물의 최대허용량, MTD: Maximally tolerated dose)을 결정시험 방법? 안전할 것 같은 저용량으로 투약을 시작하여(시작용량, starting dose), 피험자가 예정된 약물 독성 수준(용량제한독성, DLT)에 도달할 때까지 점차적으로 용량을 증가하여 투약한다(투여선량 증가).? ‘3+3’ 용량-증량계획피험자를 셋이나 여섯 그룹으로 모집하여 그 그룹에서 피험자 중 용량-제한 독성(DLT)이 나타나는 피험자가 몇 명인지를 본 후에 현재의 용량을 계속 유지할 것인지 증량하여 진행 할 것인지를 결정하여 수행하는 방법이다. 이때 진행할지 중단할지의 결정은 통상적인 독성 위험도인 1/3법칙에 따른다.? 연속 재평가 방법(continuous reassessment method) - 베이지안(Bayesian)방법을 기반◎ 제2상 임상시험제3상 임상시험의 성공 가능성을 평가하는 예비연구 또는 타당성 연구이이며, 신약의 유효성과 안전성을 증명하는 단계로 ‘안전성 및 효능 임상시험(safety and efficacy trial)’이라고도 한다.제2상 임상시험을 제2A와 제2B 임상시험으로 나눌 수 있다. 제2A상 임상시험은 환자들이 신실험 양생법으로 치료받는 단독군, 단일단계 임상시험으로, 실험작용제가 반질병 활동을 가지는지 아닌지를 결정하는 시험이다. 제2B상 임상시험은 다군 임상시험(multi-arm trial)으로, 신치료가 기존의 표준치료와 비교될 만한 반질병활동 크기를 가지는지 아닌지를 결정하는 시험이다.수행자임상의학자시험 대상자&대상자수? 환자에 대해 100~200명 내외 한정된 인원수의 범위, 향균제와 같이 다양한 적응증을 갖는 약물의 경우에는 100~200명 보다 훨씬 많은 환자 수에서 진행되기도 함제1상 임상시험에서 사용된 표본수가 너무 적어 더 큰 제2상 임상시험을 통해 독성률에 관한 정보를 더 정확하게 수집할 필요가 있어 피검자 수가 보다 많다.시험 목적? 이전에 테스트된 제1상 임상실험의 작용과 실행 가능성을 평가하고, 투여량 범위에 따라 부작용 관찰? 시험물질의 최적의 용량/적정용량을 확인, 환자의 안전성에 기반을 둔 주 적응증을 제공? 건강한 지원자와 환자 사이의 약동학적 차이점 평가? 새로운 치료법이 사망과 같이 임상적으로 중요한 결과변수에 영향을 주는지 혹은 질병의 중증도를 감소시키는지의 예비 근거를 얻음? 제2상 임상시험의 결과 도출이 제3상 임상시험을 설계를 도움시험 방법제3상 임상시험과 유사한 방식으로 연구를 설계하고 수행? 단일군 연구하나의 집단에서의 피험자가 새로운 개입(새로운 약물투여, 새로운 치료법 등)을 받고 이것의 반응률을 확인하는 것? 단일군 2단계 연구일정한 수의 피험자가 반응을 하면 임상시험을 계속해 두 번째 집단을 모집하며 그렇지 않은 경우 임상시험을 중단한다.? 대조군이 있는 무작위배정 제2상 임상연구피험자의 일반적 반응을 알지 못할 때, 임상시험 집단을 새로운 개입군과 표준치료 또는 위약 대조군을 만들어 연구한다? 여러 개입군이 있는 무작위배정 제2상 임상시험두 개 이상의 새로운 치료법을 동시에 조사하는 연구이다.? 여러 개입군이 있는 무작위 배정 제2상 임상시험: 2단계 연구설계단일군 2단계 연구의 확장으로, 1단계에서는 소수의 피험자들을 각각의 새로운 치료군에 무작위 배정한다. 유효성 평가로 충분히 효과가 있다고 보여 지는 치료법들을 대상으로 2단계를 진행하는 연구이다.◎ 제3상 임상시험‘무작위배정 대조군 임상시험(RCT: randomised controlled trial)’, ‘치료효능비교 임상시험(comparative treatment efficacy trial)’이라고도 부른다. 신약 평가에 있어 확정단계이다.수행자임상의학자시험 대상자&대상자수? 제2상 임상시험에서 도출된 정보를 사용해서 시험 대상자 수를 결정? 대상자 환자 수는 약물의 특성에 따라 달라지며 일반적으로 1/1000의 확률로 나타나는 부작용을 확인할 수 있는 경우가 바람직함

자연과학| 2020.03.11| 4페이지| 2,000원| 조회(415)

독성학, 임상시험, 임상시험이란, 독성학및실험, 임상시험레포트

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아토피

? 아토피의 정의‘아토피(atopy)’는 알레르기 항원에 대한 접촉 없이 신체가 극도로 민감해지는 알레르기 반응이다. 1923년 쿡(Robert Anderson Cooke, 1880~1960)과 코카(Arthur Fernandez Coca, 1875~1959)는 알레르기 항원에 대한 특이 면역항체 반응을 유전적으로 야기할 수 있는 경향을 ‘아토피(atopy)’라고 부르기 시작했다. ‘아토피’라는 말은 고대그리스어 ‘아토피아(?τοπ?α)’에서 유래한 단어로 ‘이상한, 비정상적인’을 뜻한다.? 아토피 발생 부위? 아토피 원인아토피 반응은 국소적인 알레르기 항원에 과민 반응을 나타내는 것으로 아직까지도 아토피 질환의 발병 원인과 기전을 정확히 밝히지 못하고 있다. 발병 원인이 어느 한 가지로만 설명될 수는 없지만, 환경적인 요인과 유전적인 소인, 면역학적 반응 및 피부보호막의 이상 등이 주요 원인으로 여겨지고 있다. 현재로서는 제1형 알레르기와 제4형 알레르기가 관여하는 질환으로 여겨진다. 병태의 형성에는 피부 방어 기능의 저하로 인해 침입하기 쉬워진 항원에 대한 알레르기 반응이 관여하는 것으로 보인다. 대표적으로 집먼지 진드기나 곰팡이 등의 알레르기를 일으키는 원인 물질(알레르겐)환경 인자가 관여한다고 현재 알려져 있다.? 아토피 증상아토피가 피부 증상으로 나타나게 되면 아토피피부염(atopic dermatitis)이라고 하고 호흡기 증상으로 나타나게 되면 천식과 알레르기성 비염이며 안과 증상으로 나타나게 되면 알레르기성 결막염이다.1) 아토피피부염아토피피부염은 가려움증이 심한 습진 병변이 피부에 생겨 오래 지속되는 만성 피부염이다. 아토피피부염은 대부분 소아기에 첫 증상이 나타나며 유아기(2개월~2세), 소아기(2세~10세), 사춘기 및 성인기 등 시기별로 임상 양상에 차이가 있다. 유아기의 아토피피부염 증상은 피부가 거칠어지고 건조해지며 팔다리의 바깥쪽으로 피부염이 생기는데, 뺨이나 이마, 머리 부위에 흔히 나타나며 손으로 긁고 나면 진물이나 딱지가 앉게 된다. 소아기의 아토피피부염 증상은 얼굴보다는 팔과 다리와 목 등의 접히는 부위에 주로 나타나고 피부가 건조해진다. 사춘기 및 성인기의 아토피피부염은 팔다리나 목과 같이 접히는 부위에 나타나며 얼굴이나 손과 같은 부위의 피부가 두껍게 변하는 증상이 나타난다.2) 알레르기성 비염알레르기성 비염은 발작적인 재채기와 맑은 콧물, 코 막힘의 3가지 증상이 주로 나타난다. 히스타민이 코의 점막에 지각신경 말단을 자극하므로 이것이 재채기 중추에 전달되어 재채기가 일어나고, 히스타민에 의한 자극이 혈관운동 분비중추로 전달되면서 부교감신경을 통해 분비 샘을 자극하여 콧물이 나오게 되고, 또 이 자극이 혈관에 작용하여 혈장 성분이 누출되면서 코 점막에 부종이 발생한다.3) 알레르기성 천식알레르기성 천식은 호흡 곤란, 기침, 천명(쌕쌕거리는 거친 숨소리)이 주요 증상이다.4) 알레르기성 결막염알레르기성 결막염은 결막염이 발생한 부위에 충혈 증상과 결막 부종이 나타나고 눈이나 눈꺼풀 부위의 가려움증과 통증, 눈부심이 심해지거나 눈물이 나오는 증상이 나타난다.? 아토피 평가 방법아토피성 피부염에 필요한 검사로는 혈액검사, 피부단자검사, 음식물 알레르기 검사 등이 있으며 필요에 따라 시행한다.[혈액검사]혈액 속에 있는 면역글로불린(Ig E), 혈청 총면역글로불린(Ig E) 농도로 아토피 양상을 판단하는 것이다. 우리 몸은 내부에 침입한 외부물질(항원)을 제거하기 위해 항체를 만들게 되는데 여러 항체들 중 아토피와 관련된 것이 면역글로불린 중 Ig E이다. 아토피 피부염 환자의 80% 정도에서 수치가 증가되어 있다. 하지만 이 수치가 정상이라고 할지라도 아토피성 피부염이 나타날 수 있기 때문에 진단에는 제한적으로 이용된다.[피부단자검사]소량의 항원을 피부에 살짝 바늘로 찔러 넣어 두드러기 양상 발진이 발생하는 정도를 보고 알레르기 반응을 판단하는 방법이다. 양성인 경우는 주변 상황과 환자의 과거 병력을 고려해서 유발요인으로 판단한다. 하지만 계란과 같은 음식물 항원에 양성 반응이 나오더라도 100% 원인물질이라고 단정할 수는 없고 확진을 하려면 음식물로 유발시험을 거쳐야 한다.[음식물 알레르기 검사]그날 그날 먹은 음식들과 증상발현에 대해 일기형식으로 기록한 것을 토대로 의심되는 음식물이 실제 아토피성 피부염의 원인으로 작용하는지를 확인하는 방법이다. 음식물 알레르기와 아토피성 피부염이 항상 동반되는 것은 아니기 때문에 의사와 상의하여 필요한 경우에 시행하게 된다. 음식물 유발시험을 할 때 검사 전 일주일 동안 약물 사용을 금하고, 의심되는 음식물을 2주 동안 금식시켜야 한다. 검사 후에 환자에게 아무런 증상이 발생되지 않는다면 임상적으로 원인 음식물이 아니라고 판정한다.[SCORAD 진단]The European Task Force on Atopic Dermatitis에서 보한 SCORing Atopic Dermatitis(SCORAD) index 이다.SCORAD의 점수는 크게 병변부위, 증상정도, 주관적 증상 항목으로 나누어진다.[TIS score 분포 평가]SCORAD 평가법을 기초로 하여 이를 간략화 한 것으로 병변의 범위와 주관적 증상은 제외하였고 병변의 심한 정도를 평가하는 항목들 중에서 홍반, 부종, 찰상 3가지 항목의 심한 정도로 아토피피부염의 중증도를 평가하는 방법이다.SCORAD 평가법은 총 3가지 항목으로 나누어진다. 1.아토피피부염의 중증도 평가 2.환자의 삶의 질에 대한 평가 3. 통계처리? 아토피 치료법아토피 피부염을 치료하기 위해서는 건조한 피부의 보습, 피부염 치료를 위한 부신피질호르몬제, 면역조절제, 국소 면역조절제와 가려움증을 치료하기 위한 항히스타민제가 사용된다. 또한 피부 증상을 악화시키거나 유발하는 알레르겐, 자극 물질, 스트레스를 피하도록 하는 다각적이고 체계적인 치료가 필요하며, 환자의 특성에 따라 개별화된 치료를 시행해야 한다.약물치료로는 다음과 같은 방법들이 이용된다.1) 국소 스테로이드아직까지도 아토피 피부염 치료의 기본이다. 국소 스테로이드에는 여러 강도의 약이 있는데 병변의 부위와 질환의 심한 정도에 따라 약의 강도와 제제 종류를 적절히 선택하여 발라야 한다. 또한 부작용의 위험이 있기 때문에 반드시 의사와 상담하면서 사용해야 한다. 얼굴에는 약한 강도의 스테로이드를 단기간 사용해야 하고, 손에 발생한 습진의 경우에는 손발의 피부가 두꺼우므로 상대적으로 강한 강도의 스테로이드를 사용해야 한다.2) 국소 면역조절제타크로리무스(tacrolimus), 피메크로리무스(pimecrolimus) 성분으로 만든 도포제(연고)가 있는데, 이는 최근 스테로이드 연고를 대신할 수 있는 약제로서 개발되어 각광을 받고 있다. 장기간 도포 시 기존의 스테로이드 연고에서 나타나던 부작용이 없어 얼굴 등 예민한 피부에 자주 사용되며, 2세 이상의 소아나 성인의 얼굴, 목과 같이 피부가 얇고 약한 부위에 나타나는 아토피 피부염에 효과적이다. 처음 바르는 경우 피부가 화끈거리는 느낌을 호소하는 경우가 있지만, 지속적으로 사용하면 대부분 적응이 되어 사용하는 데 큰 문제는 없다.3) 전신 스테로이드심한 아토피 피부염에서 전신 스테로이드제를 복용하는 경우가 있는데, 이는 빠른 호전을 보이는 장점이 있지만 줄이거나 끊게 되면 증상이 급격히 악화되는 경향이 있고, 장기간 지속적으로 사용하면 전신 부작용의 가능성이 있으므로 아토피 피부염과 같은 만성적인 질환에서는 가급적 사용하지 않도록 한다. 그러나 병이 많이 악화되어 다른 약에 전혀 반응이 없는 경우나 빠른 효과가 필요한 경우에는 제한적으로 사용한다.

자연과학| 2020.03.11| 5페이지| 2,000원| 조회(202)

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