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발생학과 발생공학의 정의와 산업적이용

발생학이란 생물의 개체발생을 연구하는 생물학의 한 분과이다. 동물에 대해서는 꽤 오래 전부터 연구되어 왔지만, 식물에 관한 발생학은 크게 뒤져있어서 발생학이라면 동물발생학을 가리키는 경우가 많다. 발생학이 근대적 학문으로서의 형태를 갖추기 시작한것은 닭의 발생을 연구하여 혈액순환의 원리 등 발생학의 연구에 업적을 남기면서다. 처음에는 여러 동물들의 발생과정에서 보여지는 형태 변화의 관찰과 그에 대한 기재를 주로 하였다. 따라서, 그 당시 발생학을 연구하는 학자들이 해부학을 전공하는 일이 일반적이었다. 현미경이 발달함에 따라 동물의 발생과정과 더불어 일어나는 형태적 변화에 대한 연구가 매우 상세해졌다. 여러 척추동물의 발생을 비교하여 서로 다른 동물이라도 발생의 초기로 거슬러 올라갈수록 서로 닮는다는 것을 알아낸것과 각종 동물의 발생과정을 비교연구하는 비교발생학의 발달은 당시 제안된 다윈의 진화론을 지지하는 증거를 제시하기도 했다. 실험발생학의 발달로 동물의 초기발생에 있어서 분화기구에 대한 값진 사실들이 밝혀졌으며, 그 중 가장 두드러진것이 형성체 이론이다. 근래에는 포유류의 초기 배아의 배양기술이 발달함에 따라 배아발생 중의 물질대사 관계가 활발히 연구되고 있다. 최근에는 생물학이 단지 기술적인 범주에서 벗어나 물리?화학적인 방법이 도입되고, 또한 분자생물학이 발달하였기 때문에 발생학의 개념도 크게 달라지게 되었다. 결국 발생과정 중 배아의 증식?분화?조절기구 등을 연구하는 데 물리?화학적 방법에 크게 의존하게 되어 발생학은 발생생물학이라는 새 분야로 발전하게 되었다.발생학의 기원은 그리스 철학자 히포크라테스의 자연발생설은 생명의 발생을 열,습기등의 자연현상에서 뭔가 딱딱하게 굳어지는 것을 생명체의 시작으로 생각했다. 그리고 아리스토텔레스에 의해 발생학은 조금더 발전하게 되었다. 그는 생명체의 발생에 대한 가설로 두 가지를 제시하는데, 첫 번째 가설은 아주 작은 완성된 개체가 embryo안에 있으며 발생현상은 이 작은 개체가 성장하는 것-preformation, 두 번째 가설은 발생과정 중에 새로운 생명체의 구조가 생겨난다는 것-epigenesis이다. 오늘날 알려진 발생현상은 거의 두 번째 가설에 의존한다고 볼 수 있다. 그 후 17세기에 이르기까지 이 두 가지 가설은 서로 대립하였다. 이 둘의 대립은 해법을 찾지 못한 채 18세기까지 흘러갔다. 이 두 이론에 일침을 가한 것은 다름 아닌 현미경의 발명과 세포의 발견이었다. 역시 눈으로 보는 것이 최고였고, 세포의 발견 이후 생물학의 화두는 오로지 "세포"였다.Cell theory는(모든 동물체,식물체를 구성하는 기본 단위는 세포이며 세포는 세포로부터 분열하여 생겨난다.) 식물학자와 동물학자에 의해 거의 확실시되었다. 세포는 세포로부터 생기기 때문에 다세포 동물, 식물의 몸을 구성하는 모든 세포들은 어느 하나의 세포로부터 생겨났다고 볼 수 있다. 다세포 생물의 세포의 기원을 거슬러 올라가면 난자에 도달하게되며 이 난자야말로 발생학에 있어서 "specialized cell"이었던 것이다. 그 후 preformationism(전성설)은 자취를 감추었다. 19세기 발생학의 초점은 난자와 정자에 맞추어졌다. 그 결과, 부모가 자식에게 물려주는 유전형질은 부모의 몸을 구성하는 체세포가 아닌 난자와 정자라는 germ cell에 의해 전달된다는 것을 밝혔으며, 정자가 난자에 수정되면서 정자의 핵이 난자의 핵과 융합되는 것을 관찰하게 되었다. 이 일련의 일들은 정자의 염색체 수와 난자의 염색체 수는 체세포의 염색체 수의 절반(haploid)이며 이들 둘이 수정되어 생긴 수정란(zygote)의 염색체 수는 체세포의 그것과 동일한 diploid임을 밝힘으로서 절정에 달했다. 19세기 유전학의 성과는 멘델의 유전법칙을 물리적 수준에서 재확인 된것이며 발생 현상을 설명하는 토대를 이루었다. 발생학의 다음 과제는 서로 다른 종류의 세포들이 어떤 메커니즘으로 하나의 zygote(수정란)에서 발생하는가의 문제이다. 초창기 발생이론은 mosaic model과 regulation model이 주류를 이루었다.Mosaic model은 zygote의 핵에는 발생의 방향성을 결정하는 특정 물질이 있으며 zygote가 분열할 때 비대칭분리로 나뉘어진 물질에 의해서 발생의 방향이 결정된다는 것이다.Regulation model은 mosaic model과는 전혀 다르다. 성게의 zygote가 2세포기를 형성했을 때, 하나의 세포를 제거했음에도 불구하고 다른 하나의 세포가 정상적인 성게를 형성한다. 즉, 성게는 어느 정도의 세포기까지는 정상 개체로 발생할 수 있는 조절능력을 가지는 것이다.1924년. 발생학에 획을 그을 중대한 사건이 터졌다. 슈페만은 개구리의 수정란 원구의 등쪽 입구를 다른 수정란의 외배엽에 이식시켰다. 이 부위는 훗날 notochord(척삭)를 형성하는 부분이며 이것을 이식한 수정란의 외배엽부분에 또 하나의 notochord를 형성하게 할 수 있을 것이라는 추측을 했던 것이다. 이식한 수정란은 등과 배에 각각 하나의 notochord를 형성했다. 이 부분을 ‘슈페만형성체’라고 부르게 되었고 슈페만은 1935년에 노벨상을 받게 된다. 발생학은 기본적으로 세포와 세포가 어떻게 작용하여 특정 조직 세포로 발생하는 가를 다루는 학문이다. 이런 점에서 볼 때, 수정란의 특정 부분이 다른 수정란에 이식되어 운명지어진 조직세포로 발생하도록 유도(induction)했다는 것은 발생학에서 가장 중대한 사건이었다.발생학이 의미를 갖기 시작한 것은 유전학과 접목할 때부터였다. 그 이전의 발생학이란 그저 수정란의 어느 부분이 성체의 어느 부분으로 발생하는지 잉크를 염색하는 방법 등으로 수정란의 지도를 그리거나 수정란끼리 서로 이식 실험을 하여 특정 조직으로 유도시키는 실험이 대부분을 차지했다. 20세기에 들어와서 genotype과 phenotype의 개념이 생기기 시작했고 이것은 발생학으로 곧바로 연결되어, 발생학은 유전자가 어떻게 발현하여 하나의 개체를 형성하는지에 초점을 맞추게 되었다. 1940년 Jaque와 Monod가 오페론설을 주장함으로써 central dogma의 뼈대가 완성되었으며, 유전자-단백질-발생현상 이라는 발생학의 뼈대도 모양을 갖추기 시작했다. 이 때부터 본격적인 발생학이 시작되었다고 볼 수 있다. 종(species)의 생존은 생식(reproduction)에 의하고, 생식은 발생(development)이라는 과정의 시작이다. sperm과 ovum이 수정되어 zygote를 형성함으로써 시작되어 개체의 죽음과 함께 끝나는 일련의 연속적인 과정이 발생이며, 이 zygote가 다세포성의 성인으로 분화, 통합되는 것을 증식, 성장이라고 하는 것이다. 발생학은 넓은 의미의 태생학으로서 parent의 성세포가 성체로 변화하는 발생과정을 연구하는 분야이다.발생공학은 생물의 발생을 조작하는 기술이다. 유전자공학이 유전자 DNA를 조작하는 데 반해 처녀생식으로 동물을 생산하기도 하고, 클로닝(cloning)으로 똑같은 생물을 만들어 내며, 알[卵]의 단계에서 손을 써서 자연계에 존재하지 않는 동물을 출현시키기도 한다. 수정된 알을 이식해서 수태시키는 실험, 미수정란에 같은 생물의 세포에서 추출한 핵을 이식하여 똑같은 성질을 가진 많은 수의 생물을 생산하는 실험 등도 성공하고 있다. 발생공학은 물론 처음에는 발생학에서 유래되었다. 수정란 즉, 암배우체와 수배우체가 결합되어 형성된 하나의 접합자세포가 체세포 분열을 거듭하면서 어떻게 각기 다른 모양과 특성을 가진 수많은 기관으로 발전해 나가는지를 규명하는 것이 발생학의 목표였다. 그 뒤 발생학은 유전학의 발전과 병행하여 발전하게 되었다. 유전학과 병행하게 된 이유는 유전학의 DNA를 연구하는 학자들의 연구가 유전공학으로 발전하였기 때문이다. 그들은 특정 유전자를 분리하고 그것을 조작한 뒤 특정한 세포에 집어넣는 기술을 개발하였다. 하지만 집어넣은 유전자들이 발생과 분화과정에서 어떻게 작용할지를 이해할 필요가 있었고 그 필요에 의해 분자유전학이나 생화학 등 생물학의 많은 연구가 이루어졌다. 생물학에서 발생의 신비를 탐구하는 순수한 중요성외에 ,이미 우리가 알 수 있는 발생현상을 이용하는 응용과학적 측면도 주목할 필요가 있었다. 발생공학이란 보통 ‘동식물의 발생과 분화과정에 관여하는 제반요인 또는 그 과정 자체를 인위적으로 조절함으로써 기내 또는 생체 내에서 전혀 새로운 개체나 기관 또는 물질을 만들어내고 그것을 응용하는 기술’ 이라 정의 내릴 수 있다. 원래 발생공학이란 용어는 일본의 동불발생학자들 사이에서 처음 제창되었으나 그 정의는 번식공학의 내용과 크게 다를 것이 없고 동물번식의 관점에 한정되어 있다는 단점이 있었다. 동물의 경우에서 정자와 난자 그리고 초기배를 이용한 정자의 분류, 정자와 난자의 동결, 배의 난할, 배세포의 융합, 핵 이식, 수정란 이식, 재조합 DNA의 배세포도입 등이 번식공학이란 말로써 응용되고 정의되고 있다. 기존의 번식공학의 개념과는 달리, 발생공학의 개념을 보다 폭넓고 다양하고 적극적인 응용가능성을 가진 기술로 정의할 수도 있다. 이 발생공학을 동물이나 인간에 적용할 경우 기형아 치료나 손상된 장기나 기관의 재생 등에 새로운 전기를 가져다 줄 수도 있으나, 특히 인간의 발생을 인위적으로 조절한다는 것은 종교적, 도덕적 논란에 크게 부딪히고 있다.

자연과학| 2013.02.03| 4페이지| 1,000원| 조회(157)

발생공학, 발생학, 발생공학의 의의와 심화

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고체배지 및 도말평판법

고체배지 만들기(1) 기구 및 시약시약%Polypeptone0.5Yeast extract0.5Glucose0.2K2HPO40.4Agar2Nacl3고압멸균기, 자력교반기, 건열멸균기, Incubator, 무균대, 피펫, 페트리접시, 솜마개, 호일, 증류수, 미량저울, 시약스푼, 유산지, 메스실린더, 삼각플라스크, 자석, 방열장갑.※고체배지를 만들 때 K2HPO4 가 들어가는데 그 이유는 pH를 맞추기 위해서이고, Glucose를 넣는 이유는 세균을 더 잘 자라고, Nacl은 균주의 삼투압 영향, agar은 액체배지의 고형화를 위해서다.(2) 방법① 유산지를 저울위에 두고 시약스푼으로 시약을 필요한 만큼 담는다.② 비커에 시약을 녹이기 위해 증류수를 넣는다. 시약이 증류수와 함께 잘 섞이기 위해서 흔들거나 자석을 넣어 자력교반기를 이용하여 녹인다.③ 비커에 증류수와 시약을 넣어 100ml을 맞춘다. 양을 정확하게 맞추기 위해서는 메스실린더를 이용한 후 삼각플라스크에 붓는다.④ 삼각플라스크 윗부분에 호일로 감싼 후 labelling 한 후 Autoclave에 넣어 121℃에 15~20분 돌린다. 압력이 올라가는 시간, 내려가는 시간 총 2시간 정도 걸린다.⑤ 삼각플라스크를 50℃까지 식힌다. 그 이유는 Agar는 42℃이상일 때는 액체 상태이고 42℃이하일 때는 고체 상태이다. 고체가 되기 전에 무균대에서 페트리접시에 붓는다.※실험에 사용하는 기구들은 건열멸균기(170℃에서 2시간동안 가열된 기구를 사용한다.)배지의 양이 너무 적으면 보존 중에 말라 버리기 쉽고, 양이 너무 많으면 페트리 접시의 뚜껑에 접촉되어 오염될 염려가 있으므로 적절하게 양을 조절한다. 미생물은 모든 공간에 존재하고 있으므로 작업 공간과 시료 채취 과정에서 오염되어서는 안된다. 고체배지를 페트리접시로 옮겨 담는을때 주의할점은 공기 중에 미생물이 많기 때문에 뚜껑을 조금만 연 상태로 진행하며 옮겨 따르기 전과 따르고 나서 삼각 플라스크 입구 부분을 알코올램프로 가열하여 소독한다.도말평판법고체배지 표면에 희석된 소량의 미생물 현탁액을 분주한 후 도말봉(spreader, hockey stick-shaped glass rod)으로 균일하게 퍼지게 도말하는 방법이다. 혼합된 세균 배양액으로부터 단일 콜로니를 분리된다. 균수를 측정할 때 사용한다.(1) 기구 및 시약원액인 균(E.coli) 1/2희석된 균, 고체배지, 무균대, 페트리접시, 비커, 알코올램프,95%에탄올, 도말봉(실제 실험에선 백금이사용)(2) 방법① 무균대에서 고체배지 표면에 희석된 소량의 미생물 현탁액을 분주(100ul)한다.(희석액: 균 0.5ml+ 물0.5ml)이때 주위에 우리가 원하지 않는 균이나 곰팡이가 있을 수 있어 알코올램프를 켜놓는다.②유리막대로 만들어진 도말봉은 알코올에 담근 후 알코올을 불로 연소시킴으로써 멸균한다.③도말봉을 고체배지 끝부분에 갖다대어 식힌다.④도말봉으로 물기가 없는 끈적할 정도로 균일하게 퍼지게 도말한다.(균주가 뭉치는것 방지)※실제 실험에선 도말봉 대신 백금이를 사용했다.백금이를 알코올램프로 가열하여 소독한 후 고체배지 끝부분에 넣어 식히고, 균주를 조금떠서 좁은 범위 내에서 수차례 왕복하여 세균을 streaking, 3단 streaking을 한다. (균주가 뭉치지 않도록 잘 펴줘야함) 그리고 백금이를 다시 가열하여 소독한 후 정리하고,streaking된 배지는 뒤집어 37도 incubator에 넣어준 후 12-13시간 배양한다.

자연과학| 2013.02.03| 5페이지| 1,000원| 조회(743)

미생물 실험 배지이용법, 고체배지 및 도말평판법, 고체배지 도말평판법

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