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[공학, 생체]유전자 클로닝의 개요 평가A좋아요

유전자클로닝의 개요DNA는 많은 생명공학 기술에 사용되고 있죠? 과학이 발달한 요즘은 DNA를 손쉽게 추출할 수 있습니다. 그러나 추출할 수 있는 DNA는 매우 적은양이기 때문에 다음의 기술을 이용하여 원하는 양 만큼의 DNA를 얻을 수 있습니다.유전자 클로닝우리가 원하는 DNA를 대량으로 얻기위해서는 시료가 대량으로 있어야 한다. 그러나 일반적으로 시료를 원하는 양만큼 확보하기가 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 특정 DNA의 단편을 벡터(vector)로 불리는 원형 DNA에 삽입하여 박테리아를 매개로 하여 복제를 통해 거의 무한으로 원하는 DNA를 얻을 수 있는데, 이러한 기술을 유전자 클로닝이라고 한다.유전자 클로닝의 단계는 다음과 같다.(1) 클론되어질 유전자를 포함하고 있는 DNA 단편을 벡터라는 원형 DNA 분자 속으로 삽입한다.(2) 벡터는 유전자를 숙주세포로 운반하는 운반체 역할을 하며 숙주세포로는 여러 형태의 세포가 있으며, 그 중에 박테리아가 일반적으로 사용된다 (DH5α라는 대장균이 일반적으로 많이 사용된다).(3) 숙주세포 속에서 벡터는 복사되어, 자신과 완전히 동일한 다량의 벡터 뿐만 아니라 그것이 운반하는 유전자도 다량 복사된다.(4) 숙주세포가 분열될 때, 재조합 DNA 분자의 복사물이 자손에게 전달되며, 거기서 벡터 복제가 일어난다.(5) 수많은 세포 분열이 일어난 후에, 동일한 숙주세포의 군락(colony), 혹은 클론이 생성된다. 클론의 각 세포는 하나, 혹은 그 이상의 동일한 재조합 DNA 분자를 포함하며, 재조합 분자에 의해 운반된 유전자를 소위 '클론'되었다고 말한다.(6) 클론을 배양하여 DNA를 추출하여 서열 분석이나, 발현벡터에 재조합하여 발현을 목적으로 한 실험등에 이용된다.1. 유전자 클로닝이 중요한 이유19세기에 Gregor Mendel 이 생물학적 특징들의 유전을 설명하기 위해 법칙들을 공식화시킨 이래 이 법칙들의 기본적인 가정은 한 생물체의 유전 가능한 각각의 특징이 gene(유전자)이라 불리우는 인자에 의해 Mendel's laws의 재발견은 유전학을 탄생시켰다. Clone이란 재조합 DNA를 가지고 있는 세포의 집합체를 말하며 따라서 cloning이란 clone을 만들어내는 것을 가리킨다.초창기 30년 동안 유전학은 놀라운 속도로 성장하였다. 그러나 1940년대까지 gene의 분자적 특징에 대한 실질적인 이해는 없었다. 1920년대 말부터 1950년대 초에 걸쳐 Griffith, Avery, Hershey & Chase에 의한 실험을 통해 누구나 DNA가 유전물질임을 믿게 되었다. 1952년과 1966년 사이에는 DNA구조가 밝혀지고[J. D. Watson & F. H. C. Crick, Nature (April, 2, 1953) “Molecular Structure of Nucleic Acids, A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid”] 유전암호가 해독되고 전사와 번역과정이 묘사되었다.1.2 유전자 클로닝의 출현 1960년대 후반까지 gene을 더 자세히 연구하기 위한 정교한 실험기술이 없었다. 1970년대에 들어와서 재조합 DNA 기술, 유전자 조작 기술 등 새로운 기술이 개발되어 새로운 혁명기를 맞이하였다.유전자 클로닝유전자 조작 기술→ 생물공학 :특정 생물체의 관심 있는 DNA를 떼어내어 다른 DNA(벡터)에 끼워넣는 기술, 이후 다른 생물체에 삽입시켜 DNA를 발현시키고 자손 세대에 유전시키는 단계까지 포함한다.2.유전자 클로닝이란 무엇인가?유전자 클로닝(Gene cloning) 실험에서 기본적인 단계는 다음과 같다.키메라(Chimaera) 또는 재조합 DNA분자를 만들어내기 위해 클로닝될 유전자를 가지고 있는 DNA단편을 벡터라 불리는 원형의 DNA분자 내부에 삽입시킨다.벡터(Vector or Vehicle)는 숙주세포 안으로 유전자를 이동시키는 운반체 역할을 한다. 숙주세포내에서 이 벡터는 복제되어 동일한 수많은 복사본(copy)이 만들어진다. 숙주세포가 분열할 때 재조합 DNA분자의 복사본들은 자손세대로 이동하y) 또는 클론(clone)이 생성된다. 클론의 각 세포는 재조합 DNA분자의 하나 이상의 복사본을 가지고 있다. 지금, 재조합 분자에 존재하는 유전자가 클로닝 되었다고 말한다.1) 재조합 DNA 분자의 제조하는 단계 ①DNA(vector & foreign DNA)를 준비하는 단계 ②동일한 효소를 사용하여DNA를 제한효소처리하는 단계 ③전기영동법에 의해DNA 단편을 분석하는 단계 ④DNA 단편들을 서로 연결시키는 단계(DNA ligase에 의한 연결)2) 형질전환(Transformation : 숙주 세포 안으로 이동시키는 단계)시키는 단계3) 재조합 DNA 분자를 `복제'를 통해 증폭시키는 단계4) 숙주 세포를 분열시키는 단계5) 수많은 세포 분열을 통해 클론을 생성시키는 단계6) 재조합 DNA 분자를 가진 세포를 동정하는 단계3.유전자 클로닝을 위해선 특수한 도구 및 기술들이 필요하다벡터 유전자 클로닝 실험의 핵심 구성요소는 벡터이다. 클로닝 벡터로 작용하기 위해, DNA분자(벡터)는 숙주세포로 들어갈 수 있어야 하고, 일단 들어가면, 수많은 복사본을 생산하기 위해 복제할 수 있어야만 한다. 두 가지 유형의 DNA분자가 이러한 요구를 만족시킨다.1.플라스미드(Plasmid) : 세균(bacteria)과 일부 다른 생물체(예컨대, 균류인 효모)내에서 발견되는 작은 원형의 DNA이며, 플라스미드는 숙주세포 염색체와는 독립적으로 복제가능하다.2.바이러스 염색체 : 특히 박테리오파지(Bacteriophage;숙주세포가 세균인 바이러스로 세균성 파지라고도 함)의 염색체. 감염동안, 박테리오파지 DNA분자는 숙주세포 내부로 주입됨으로써 복제가 일어난다.1)DNA를 조작하기 위한 기술들 플라스미드와 박테리오파지 DNA분자가 클로닝 벡터로서의 조건에 적합하지만 DNA분자를 조작하는 실험적인 기술 없이는 아무 소용이 없다.* 기본 기술들①순수한 DNA 샘플의 준비하는 기술②DNA 분자들을 절단하는 기술③DNA 단편의 크기를 분석하는 기술④DNA 분자들을 서로 연결시키는 기술술2)다양한 클로닝 벡터들 유전자 클로닝이 비교적 새로운 것이긴 하지만, 그것은 매우 정교한 공학으로 발전해 왔다. 오늘날 매우 다양한 클로닝 벡터들이 이용가능하다. 이들 중 거의 전부는 자연상의 플라스미드 또는 바이러스로부터 유래하지만, 대부분 특별한 유형의 클로닝 실험에 적합하도록 하기 위해 여러 방법으로 수정되고 있다.4.왜 유전자 클로닝이 이토록 중요한가그 대답은 클로닝이, 세포가 함께 가지고 있는 모든 다른 유전자들로부터 분리된 하나의 개별 유전자의 순수한 샘플을 제공할 수 있기 때문이다. 클로닝 실험에서 클로닝될 DNA단편은 수많은 다른 단편들과 혼합되어 있으며 재조합체 중에는 클로닝될 DNA단편이 삽입된 클론이 존재하게 된다. 클로닝 실험의 성공과 실패의 열쇠는 수많은 클론들 중에서 관심 있는 클론을 동정하는 능력에 달려있다. 비교적 간단한 생물체인 대장균(E. coli)의 경우 4,000개의 유전자 부위가 존재하고 사람의 경우는 대장균의 약 20배나 된다. 따라서 원하는 클론을 선별하기 위한 기술이 필요하다. 즉, 특정 유전자의 분리 및 발현 조사를 위해 중요하다.5.왜 PCR(Polymerase chain reaction)이 또한 중요한가1980년대 후반까지 클로닝은 단지 개별 유전자의 순수한 시료를 얻는 수단이었다. PCR은 오늘날의 생물학자들에게 유전자 분리를 위한 제2의 접근 방법을 제공하고 있다. PCR실험에서 DNA분자의 단일부위는 여러 번 복제되어, 그 결과 DNA단편이 증폭된다. 이 실험에서 증폭될 DNA부위에는 원하는 유전자가 포함되어 있으며, 이러한 점에서 클로닝과 동일하다. PCR은 유전자 클로닝보다 신속한 기술이면서 훨씬 덜 복잡하고, 하나의 출발 분자로부터 수백만 개의 복사본을 증폭시킬 수 있다. 이러한 엄청난 감수성은 PCR이 단일세포 또는 이미 말라 버린 혈흔이나 사망한지 오래된 인간의 뼈와 같은 물질로부터 유전자를 분리하기 위해 사용될 수 있다는 것을 의미한다. PCR 실험을 위해선 ①주형으로서 ssDNA(단일 가닥 P, TTP)가 필요하다. PCR을 위한 재료들은 실험목적에 따라 달라질 수 있다.1.클로닝치료법 개발클로닝 치료법(therapeutic cloning)이라는 새로운 치료법을 현실화하기 위한 중요한 기술이 개발됐다. 미국 슬로안 케터링 암센터와 록펠러 대학의 연구팀은 어른 생쥐 세포의 핵을 다른 생쥐의 난모세포 (oocyte)에 이식함으로써 원하는 형태의 조직을 만드는데 성공하여 그 연구결과를 4월 27일자 Science에 보고했다.클로닝 치료법은 수정란으로부터 얻어지는 배아세포를 이용하는 것이 윤리적인 문제점을 가지고 있기 때문에 그 대안으로 제시됐다. 이 방법은 한 성인의 세포로부터 핵을 추출하여 핵을 제거한 다른 사람의 난모세포에 이식한다. 그 결과 이 세포는 새로운 생명체로 발달하지는 못하지만 핵을 제공한 사람과 동일한 유전물질을 지닌 치료용 세포를 유도하는데는 사용될 수 있다. 따라서 조직을 이식할 때 부작용이 발생하는 문제를 완전히 해결할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 연구자들은 우선 이 기술이 파킨슨씨 병에 적용될 수 있을 것으로 생각하고 있으며 파킨슨씨 병과 유사한 증상을 보이는 생쥐 모델을 대상으로 하는 실험을 계획하고 있다.연구팀은 이번 연구에서 한 생쥐의 꼬리에서 세포를 얻어 그 핵을 추출했다. 그리고 다른 생쥐의 난모세포로부터 핵을 제거한 후 그 난모세포에 꼬리 세포에서 얻은 핵을 주입했다. 그 결과 이 난모세포는 며칠 후에 배아 줄기세포 (stem cell)와 같이 여러 종류의 조직으로 발달할 수 있는 능력을 지닌 세포를 만들어 냈다. 더 나아가서 그들은 이 세포에 적절한 환경을 제공함으로써 도파민 뉴런을 만들어내는데 성공했다. 파킨슨씨 병에 걸린 환자는 바로 이 도파민 뉴런을 잃게 되는 것으로 알려져 있다. 과거에는 이 도파민 뉴런을 얻기 위해서는 태아의 뇌 줄기세포를 사용해야만 했지만 이번 연구는 클로닝 기술을 통해 자신의 세포로부터 도파민 뉴런을 얻을 수 있도록 한다. 물론 이번에 얻어진 세포가 실제로 치료효과를 발휘할 수 있을지

자연과학| 2006.04.08| 5페이지| 1,000원| 조회(1,608)

유전자, 개요, 클로닝

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