1. 화학기초: 원자, 결합 및 분자 <원자와 결합>원자(atom):물질의 가장 기본적인 단위-electron, proton, neutron으로 구성되어 있음.-proton과 neutron은 핵 또는 원자핵(atomic nucleus)을 형성함. -전자, 양성자, 중성자 수에 기초하여 92개의 원소(element)가 존재<물>-세포 질량의 70%는 물-세포에서 일어나는 모든 화학반응은 물에서 일어남. <미생물의 분자>- 세포 내 분자를 거대 분자라 부름.- 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산을 형성함.2. 탄수화물: 단당과 다당탄수화물 : 탄소, 수소, 산소를 포함하는 유기 분자 기본 화학식은 CH2O
얼마 전에 중국의 한 연구소 과학자들부터 포유류 수컷 쥐의 출산 실험이 성공했다는 기사를 보았다. 이 뉴스를 보고, 사람들의 거부감 때문에 남자 인간이 출산하는 기술이 개발된다 해도 상용화하기 힘들 것이라 생각했다. 남성이 출산하는 기술이 보편적으로 이용되지는 않을 것 같지만, 여성의 몸 밖에서 임신과 출산을 하는 기술이 개발된다면 널리 쓰일 것 같다고 상상했다. 현재에는 체외 환경에서 정자와 난자를 수정시키는 기술이 자연스럽게 이용되고 있다. 다만, 수정시키는 것은 몸 밖에서 하더라도 체외에서 태아가 성장하는 것은 아직 불가능하기에 수정란을 여자의 몸속에 주입하는 시술을 따로 해서 출산을 한다. 여성의 몸 밖에서 임신과 출산이 가능해지기 위해서는 양수 성분을 실험실에서 만들 수 있어야 하고, 산모의 자궁 환경을 구현할 수 있어야 한다
유전공학의 이해 제 3판C13. 미생물 유전공학C14. 동물 유전공학C15. 식물 유전공학C16. 유전공학의 의학적 응용C13. 미생물 유전공학1. lac 프로모터의 작용 원리는 무엇인가?a. lac 억제자가 있을 때 발현이 없다가 젖당, 젖당 유사체가 있을 때 억제자가 프로모터에 결합하지 못하므로 유전자 발현이 일어난다.2. tac는 lac에 비해 어떤 점이 개선되었는가?a. 발현량이 적은 점을 개선하였다.3. T7 시스템은 어떻게 발현 증폭을 유도할 수 있는가?a. IPTG 처리 시 T7 중합효소의 발현이 일어나 큰 증폭 효과를 거둘 수 있다.4. 갈락토오스 프로모터의 특징을 설명하라.A. 갈락토오스를 처리하였을 때 발현되는 유도성이다.5. CUP1 프로모터의 특징과 장점을 설명하라.A. 구리 이온의 독성 제거는 전사인자 Ace1에 의해 매개되고, 이 인자는 CUP1 유전자의 프로모터에 결합한다. 유전자 발현을 위해 배지에서 바꾸지 않아도 된다는 장점이 있다.6. S. cerevisiae와 Pichia 발현 시스템의 장단점을 서로 비교하라.a. 피키아는 에탄올을 생성하지 않아 세포 독성이 없어 고밀도 배양이 가능하고, 피키아 자체 분비 단백질 수가 적어 재조합 단백질의 분리 정제가 용이하다. 단백질 분비 효율이 안 좋다. s.c는 에탄올을 생성해 효모의 생정을 저해할 수 있으나 다른 외부 물질 첨가 없이 효모가 자라면서 발현한다는 장점이 있다.7. 봉입체(inclusion body)란 무엇이며 어떻게 이것의 생성을 피할 수 있는가?a. 봉입체는 불용성이며 불활성 단백질 덩어리를 말한다. 대장균의 경우 10~30도의 낮은 온도로 배양하고, 이황화 결합으로 인해 봉입체가 생기는 것을 피하기 위해 주변세포질공간으로 단백질을 수송하는 발현 벡터를 사용한다.8. 융합단백질을 이용한 방식의 이점과 단점은 무엇이라고 생각하는가?a. 단백질의 발현 효율과 표적 단백질을 쉽게 분리하고 정제할 수 있게 해준다는 장점을 가진다. 다만 경우에 따라 융합단백질을 제거해야 하는데 서열을 삽입해야 한다.9. 히스티딘 꼬리 융합단백질을 분리하는 과정을 간략히 설명하라.a. 약 250mM 농도의 이미다졸을 넣으면 히스티딘 꼬리 융합단백질이 분리된다.10. Cre-loxP 시스템을 이용하여 어떻게 표지자를 절제할 수 있는가?a. 표지자 유전자를 lox 서열 사이에 넣고 상동재조합이 일어나게 한 후 iptg를 처리하여 cre 유전자가 발현되면 이 Cre가 lox 자리를 인식 표지자 유전자를 제거한다. 이후 cre유전자를 온도 민감성 복제자를 이용해 제거한다.11. 대장균을 이용한 단백질의 생산에는 어떤 장단점이 있는가?A. 비교적 짧은 시간 안에 대량으로 기르고, 배양 조건과 기술이 잘 확립되어 있다. 그리고 대장균의 유전정보가 잘 알려져 있고, 형질전환이 쉽다는 장점이 있다. 당화, 적절한 이황화 결합, 번역 후 변형이 일어나지 않고 단백질의 삼차원 구조 형성이 어려운 경우가 있다.12. 효모를 이용한 단백질의 생산에는 어떤 장단점이 있는가?A. 잘 자라고 배양 조건이 까다롭지 않고, 강력한 프로모터 및 클로닝 벡터 등이 개발되어 있고, 번역 후 변형이 일나며 배출하는 단백질의 종류가 많지 않고, 쉽게 분리할 수 있으며 안정성이 입증되어 있다. hypergtcosylation이 있을 수 있으며 효모를 고밀도로 배양하면 에탄올이 생겨 효모의 생장을 저해할 수 있다는 단점을 가진다.C14. 동물 유전공학1. 동물세포 발현의 장점과 단점을 설명하라.a. 단백질 접힘, 당화, 인산화가 일어나 유전자가 인간의 것에 가장 가깝다. 하지만 이산화탄소 배양기 속에서 길러야하고 고가의 배양 성분이 필요하며 세포분열이 늦어 오랜 배양시간이 필요하며 고밀도 현탁배양이 세포에 따라 어렵다는 단점을 가지고 있다.2. 동물 발현 벡터의 조건을 미생물 발현 벡터와 비교하여 설명하라.a. 폴리 A 꼬리 신호와 전사 종결자 신호를 가져야 한다.3. Tet-on과 Tet-off 시스템의 원리를 설명하라.a. Tet off는 tre에서 rtetR에서 분리되어 표적유전자의 전사결합해 표적 유전자의 전사가 일어난다.4. 동물세포 발현 벡터에 neo와 hph 유전자의 기능은 무엇이며, 어떤 방식으로 선발 유전자의 역할을 하는지 설명하라a. neo와 hph는 항생제 내성 유전자이며 neo와 hph는 단백질 합성을 정상화한다.5. 곤충세포에서의 외부 유전자 발현의 원리는 무엇인가?A. 배큘로바이스러스를 발현 벡터로 삼는다. 발현 벡터는 상동 재조합 방식을 이용하여 생산하고 표적유전자를 Gateway 엔트리 벡터를 삽입하고 배큘로바이러스 벡터와 재조합 효소를 넣어 반응을 진행시킨 후 세포를 선별한다.6. 유전자 적중 벡터의 조건과 상동재조합체의 선발조건에 대해 설명하라.a. 적중 벡터는 보편적으로 원하는 부위와 같은 상동서열 두군데와 도입할 표적 dma, 1차, 2차 선별 표지자가 있어야한다. 상동재조합체는 g418과 gancyclovir에서 살아남는다.7. 유전체 편집 기술 중 CRISPR/Cas)의 장단점을 TALEN과 비교 설명하라.a. 크리스퍼는 탈렌과 다르게 다중 절단이 가능하고, 시간이 훨씬 적게 들고 간단하며 절단 위치를 예측할 수 있다. 그러나 dna 절단 시 탈렌 보다 더 낮은 특이성을 보인다.8. 유전자 적중 생쥐에서 왜 새끼를 키워 교배를 해야 하는지 설명하라.a. 어떤 카이메라 개체가 유전자 적중이 일어난 생식세포를 가지고 있는지 알아보기 위해서 교배해야한다.9. 어떤 원리로 조건부 유전자 적중 생쥐를 생산할 수 있는지 설명하라.a. ZFN, TALEN, 크리스퍼/ 카스 9 과 같은 유젠체 편집 시스템과 인공적으로 상동 재조합 생쥐를 만드는 것이 있다.10. 질병 모델로서 형질전환 생쥐의 장단점을 설명하라.a. 유전자의 기능을 추론할 수 있고 질병의 원인이나 진행과정을 파악하고 치료제 후보물질의 효과나 부작용을 알아보는데 매우 유용하다. 하지만, 인간과의 크기 차이가 현저히 크다는 단점이 있다.11. 동물 젖에서 유용 단백질을 생산하기 위한 벡터의 조건에 대해 설명하라.a. 복제원점과 선별 표지자가 있어야 하며 위부 d원핵생물에서 선발할 수 있는 선발표지자와 전사 종결자 및 폴리 a꼬리 신호를 가져야한다.12. 전 미세주입법과 배아 줄기세포를 이용하는 법, 체세포 핵 이식법각각의 적용과 장단점을 설명하라.a. 전 미세주입법은 실험이 간단하며 효율이 높지만, 유전체 편집 시스템 개발 전에는 유전자 적중이 가능하지 않다는 단점이 있었다. 배아 줄기세포 이용하는 법은 다분화능과 분열능력이 좋아 이용하기 쉬우나, 생쥐에만 활용할 수 있다. 체세포 핵 전달법은 성공률이 낮지만 멸종위기종을 복원하는데 사용될 수 있다.C15. 식물 유전공학1. 식물세포와 동물세포의 구조적 기능적인 차이점을 비교 설명하라.A. 식물세포는 구조면에서 세포벽과 그 안에 원형질연락사가 있고, 기능적인 면에서는 글리옥시좀과 중심액포, 엽록체가 있다.2. 식물 형질전환 방법에서 조직 배양이 차지하는 중요성을 설명하라.A. 바이러스 및 in planta 형질전환법을 제외한 모든 식물 형질전환 방법에는 조직 배양이 반드시 필요하다.3. 애그로박테리아가 근두암종을 일으키는 이유를 T-DNA에 있는 유전자를 이용하여 설명하라.a. T DNA 내에 있는 오옥신과 사이토키닌 합성 유전자 산물에 의해 증식되어 근두암종이 생긴다.4. 애그로박테리아의 유전자에 의해 식물이 생산하는 오파인이란 무엇인지와 그 종류 및 기능을 설명하라.a. 오파인은 식물 유전체로 삽입된 후 박테리아의 먹이가 된다. 옥토파인 계에는 옥토파인, 옥토파인산, 히스토파인, 라이소파인이 있고 노팔라인계는 2차 아민 유도체로 노팔라인과 노팔린산이 있다.5. 바이너리 벡터란 무엇인지, 왜 바이너리 벡터가 개발되었는지를 설명하라.A. vir 유전자는 애그로박테리아 내에 도입해 놓고, t dna 부분만 작은 대장균 플라스미드 벡터에 클로닝시켜 조작에 편리하게 한 시스템이다. ti 플라스미드는 크기가 200kb 이상이 되고, 수많은 제한효소 자리로 인해 시험관 내에서 재조합 벡터를 만들기 위해 조작하기에는 많은 문제점을 가지고 있고 이를 극복하기 위해 고안되었다.6.a. manA, gus, GFP, 영양 요구성 표지자가 있다. 양성선발은 비형질 전환체를 제거하는 것이 아니라 형질전환체만을 선발하는 방식이다.7. 유전자 총 방법에 의한 식물 형질전환 과정을 설명하라.a. dna를 미세한 텅스텐 입자에 코팅한 후 유전자 총에 넣고 발사하면 정지단에 부딪치면서 흩어진다. 흩어진 가루가 식물의 세포에 미세한 구멍을 뚫고 들어가 삽입되고 구멍은 잠시 후 저절로 회복된다.8. 원형질체가 무엇인지 설명하고 원형질체 형질전환의 문제점을 설명하라.a. 원형질체는 세포벽이 제거되어 세포막을 가지고 있는 식물세포이다. 낮은 효율성과 재현성이 문제가 되어 연구 및 개발에 주로 이용되고 있다.9.In planta 형질전환 기술이란 무엇인지 설명하고, 이것의 장점을 나열하라.a. 조직 배양을 거치지 않고 그대로 생식세포를 형성하는 세포를 형질전환 시켜 결과적으로 외부 유전자가 생식세포나 초기 배세포의 유전체 속으로 삽입되어 형질전환된 씨를 얻을 수 있게 하는 기술이다. 조직배양이 필요가 없어 체세포 변이, 후성적 변화와 같은 문제점을 극복할 수 있다.10. 엽록체 형질전환과 핵 형질전환을 비교 설명하라.a. 엽록체 형질전환은 핵 유전체 dna와 달리 상동재조합이 일어나고 핵 형질전환의 경우와는 달리 유전자 발현정지 현상과 위치효과를 보이지 않는다는 장점을 가진다.11. 식물 형질전환체에서 도입 유전자의 삽입 여부, 도입 유전자의 발현 여부 및 도입 유전자의 단백질 산물은 각각 어떻게 확인할 수 있는지 설명하라.a. 도입 유전자의 삽입 여부는 pcr을 통해 발현 여부는 rt pcr을 통해 단백질 산물은 웨스턴 블롯, hplc와 질량분석기 등으로 확인할 수 있다.12. 형질전환 식물의 이용 분야 중 식물 반응기로서의 물질 생산의 예를 들어 설명하라.a. 단일 클론 항체, 항체 단편 생산, 생분해성 플라스틱과 같은 폴리머 생산과 많은 의약물질등이 생산된다. 유전자 변형 담배를 이용하여 IgG, IgM,Fv 단편이나 Fab 단편이 생산되고 엔케팔린, 혈있다.