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분자 모델링 평가A좋아요

I. 서론분자 모델링 (Molecular Modeling) 이라 함은 축적된분자들의 화학 및 물리적 성질을 토대로 연구자가 원하는 물성을 나타낼 수 있는 분자를 경험적으로 유추하는 모든 과정을 말한다.실험연구자들은 이미 오래 전부터 구조와 물성과의 관계를 경험적으로 체계화하여 실제로 분자 설계를 연구에 도입하여 왔다.컴퓨터를 이용한 분자 모델링 (Computer Aided Molecular Modeling : CAMD)의 최종 목적은 신물질의 창출에 있다. 그러나 CAMD의 분야는 화학, 생화학, 의학, 물리학에서 얻어진 분자에 관한 지식을 바탕으로 컴퓨터를 이용하여 논리적인 분석과정을 통하여 분자의 구조와 성질간의 관계를 설명하고 이를 이용하여 분자의 구조로부터 분자의 성질을 유추할 수 있는 논리적 구조를 구축하는 것이다.고전적 의미의 분자설계라는 개념은 물질을 대상으로 하는 실험과학자 및 이론과학자들이 경험을 토대로 어떤 특정한 성질을 나타낼 수 있는 분자를 고안하는 과정을 총칭하는 용어였다. 그런 의미에서 이제부터 소개하려는 컴퓨터를 이용한 분자설계는 컴퓨터의 빠른 연산능력과 데이터처리 및 분석의 효율성 그리고 형상화(visualization)를 통한 삼차원적인 접근이라는 면에서 고전적 의미의 분자설계와 뚜렷하게 구분된다.3차원적인 구조를 분자의 성질을 설명하는데 도입하기 시작한 것은 이미 오래 전 일이다.따라서 CAMD는 방대한 자연과학의 영역 및 컴퓨터 과학의 모든 분야를 포함한다고 말할 수 있다. 방대한 실험데이터의 축적과 지속적인 컴퓨터 시뮬레이션 방법 의 개발 그리고 이를 뒷받침하는 컴퓨터 산업의 괄목할 만한 성장으로 CAMD는 신약 개발 분야는 물론 촉매, 생체분자, 고분자 및 세라믹 연구 분야 등에서 매우 중요한 역할을 담당하게 되었다. 또한 분자 모델링과 관련된 실험분야에서의 정확도 및 정밀도의 증가와 소요 시간의 단축도 분자 모델링의 발전을 가속화시키고 있다.II. 본론1. CAMP 란?CAMD 정의- Modeler (연구자)와 컴퓨터 간National Institute of Health), DOE유전자 연구, DNA, 단백질구조National Renewal Energy Lab.DOE대체에너지 전환용 반도체 재료개발, 공해 방지물질개발DuPontCFC 대체물질 개발,고기능 polycarbonate 개발BASFPolyurethane 합성 순도증대 (35%에서 95 %)Texas Instrument/ Molecular Simulation Inc.신기능성 반도체 재료개발일본:1995년 1월 발간된 자료로서 CAMD의 성공사례를 재료물리와 화학관련 분야에서 수집 된 자료로서 일본과 산업구조가 유사한 한국의 경우도 같은 분야에서 CAMD가 활성화 될 것으로 예상됨. 다음의 성공분야는 수집된 자료 중 극히 일부에 해당됨.금속재료- 분자궤도함수 계산을 이용한 합금설계 상품화, 특허- LSI 배선 재료 현상규명반도체 재료- 실리콘-탄화규소간의 계면 원자배열 연구 현상규명- 혼합결정반도체의 재료설계와 개발 상품화, 특허- 반도체용 보호막의 유기재료 기체 최적화 현상규명, 특허- 계산물리를 이용한 물성 예측 현상규명세라믹 및 유리재료- 분자궤도함수법을 이용한 알루미나-전이 현상규명- 금속간 계면의 전자구조 및 반응성 연구자성. 광 재료- 질화철의 자화구조 규명 현상규명- 광자기기록재료의 전자론적 계산 현상규명- 유기 비선형 광학재료 현상규명, 특허- 고밀도 자기 기록용 자성금속 미립자 제조 현상규명, 상품화특수환경하의 물성, 특수재료- amorphous 물질의 전자구조 연구 현상규명- 초임계 용매화의 분자동역학 현상규명고분자- N-비닐 보론아미도의 반응설계 현상규명, 상품화- 내열성 음이온 교환수지의 설계 현상규명, 특허- 저 유전율 수지의 개발 현상규명, 특허- 폴리머 DB 구축상품화, 특허- 폴리머 물성 예측 프로그램 상품화, 특허광전자재료- 유기분자 광기억 소자의 개발 현상규명, 특허- 유리-액정용 색소의 성능 설계 현상규명, 상품화- 유기 비선형 광학재료의 개발 현상규명, 특허- 고품위 광 디스크 박막 응메커니즘 규명- 연구 방법:고전적 및 반-고전적 방법Energy minimization (EM)Monte Carlo Simulation (MC)Molecular Dynamics (MD)양자화학적 방법Hartree-Fock (HF)Density functional Theory (DFT){3) 분자생물 정보해석컴퓨터를 이용한 생물정보의 해석을 목적으로 하며, 급속한 컴퓨터 연산능력의 향상과 분자생물학의 발전으로 인한 DNA나 단백질의 서열정보들의대량생산에 기인한다. 분자생물정보 해석의 결과는 유전자의 진화과정 및 생명체의 연관 정보들을 예측하는 것이다.현재 미국의 주도하에 전세계적으로 참여하고 있는 Human Genom 연구사업은 2-3년 내에 끝나고 이 연구결과를 이용하여 유전정보를 찾아내는 작업은 앞으로 수 십 년에 걸친 매우 방대한 연구이면서 가장 큰 산업으로 등장할 것으로 예상된다. 따라서 세계적으로 참여하는 이러한 방대한 장기 연구에 국내의 연구자들의 참여는 필수적이다. 또한 후발주자로서 경쟁력 있는 연구를 수행하기 위해서 컴퓨터를 이용한 분자설계연구의 도입은 필수적이라 할 수 있다.분자설계- 연구대상:Gene PredicitionProtein FunctionStructural InformationPhylogenetic Relationship- 연구방법:데이터베이스의 구축서열분석 알고리즘 개발생체고분자의 삼차원구조 모델링생명공학 종합정보시스템 구축5. 분자 모델링 방법분자설계의 방법은 크게 다음의 세 분야로 구분할 수 있다.- 영상화 (Visualization) 3D, 2D visualization, visualization of physical & chemical properties- 구조 및 성질 결정 (Conformation 및 성질 결정)energy, structure, active site- DB를 바탕으로 하는 경험적 방법 (DB-Search, QSAR, QSPR)search DB, predict physical, chemical & biol와 대비되게 실험적 파라메타를 도입하지 않는 경우를 ab initio 방법이라 부른다. 일반적으로 ab initio 방법이 반 경험적인 방법에 비해 정확한 결과를 주고 있으나 계산시간이 많이 걸리는 관계로 여러 제약을 가지고 있다. 또한 최근 들어 density functional theory (DFT)에 기초를 둔 계산 방법이 제안되어 사용이 급속도로 증가하고 있다.현재 많이 사용되고 있는 ab initio 방법들은 다음과 같다.HF(SCF), RHF, UHF, MCSCF(MCHF), CASSCFCI, SDCI, DCI, SDTCI, SDTQCI, FCIMBPT, MBPT2, MBPT3 MP2, MP3, MP4CC, CPMET, CCSD, CCSDT..Ab initio MO 계산에 많이 사용되는 컴퓨터 프로그램은 다음과 같다.GAUSSIANnn, GAMESS, HONDO, CADPAC, MOLECULE, COLUMBUS, SPARTAN반경험적인 계산 방법에는 다음과 같은 종류가 있는데 이들은 사용된 가정 및 파라메타의 종류에 따라 분류된다.HCKEL, EHT, CNDO, INDO, MINDO, SINDO, ZINDO, MNDO, AM1, PM3AMPAC, MOPACDFT의 방법은 다음과 같다. LDA, BLYP, BP86, B3LYP, B3P86많이 사용되는 프로그램은 다음과 같다.ADF, DeFT, UNICHEMDB를 이용한 통계적 포텐셜함수현재 많은 연구가 진행 중에 있으나 상용화된 프로그램은 없다. 이 방법은 여러 다른 환경에 속해 있는 분자간 상호작용을 기술하는데 효과적인 방법으로 실험적으로 나타나는 빈도에 따라 통계적처리 (Boltzmann distribution 사용)를 거쳐 분자간 상호작용에너지를 계산한다.DB를 바탕으로하는 경험적 방법 (DB-Search, QSAR, QSPR)DB를 이용한 방법의 특징은 실험적으로 얻어진 데이터를 분석하여 경험적인 규칙이나 실험을 미리 예측할 수 있는 인공지능 시스템을 만드는 것이다. 따라서 이 방법에서는 최근fic mutagenesis.Acetohydroxyacid synthase sequence from databaseStructure by homology with pyruvate oxidaseInhibitor positioned using structure-activity dataArg199Ala mutation designed to maintain activity and confer resistance연구결과: Transgenic tobacco plants have in vivo resistance.. De-novo design 을 이용한 protein design과제: Design target - a 28 residue bba protein motif based on zinc finger backbone domain.연구방법Select sequence of amino acids, from library of 20, to optimally matchtarget based on core, surface and boundary contributions to score.BLAST search against known sequences in NCBI shows no similar sequences.연구결과: Solution structure determined by NMR, in excellent agreement with design target.Reference: B.I.Dahiyat and S.L.Mayo, Science 278, 82-87 October 3, (1997). 환경친화적인 herbicides의 개발Herbicides are a $3.5 billion US Market (C&E News 04/29/96, p 35).Safer, more environmentally sound chemicals and methods of application are needed.연구방법Sumitomo uses molecular simulation to develop

자연과학| 2003.05.28| 24페이지| 1,000원| 조회(2,858)

CAMP, 분자모델링, CAMP의 사용

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NMR을 이용한 단백질 구조분석 평가A+최고예요

I. 서론단백질의 분자 구조를 아는 것은 생명 현상의 기본적 이해에 불가결하며 병의 치료와 의약의 설계 등에의 응용에 있어서 중요하다. 그 때문에 분자 구조 해석에 이용하는 단백질의 결정을 성장시키는 실험이 세계적으로 행해지고 있다. 그러나 양질의 단백질단결정의 성장은 매우 어려운 기술로, 각국에서 다양한 방법이 검토되어 왔다.핵자기 공명(NMR)은 미국의 I.I.라비가 최초로 원자빔 분자빔에 의한 핵자기공명법을 개발하였으며, F.블로흐와 E.M.퍼셀이 고체 및 액체에 대한 핵자기공명을 관측하였다. 원자핵을 구성하는 양성자나 중성자는 근소하나마 자기모멘트를 가지고 있으므로 원자핵 전체로서도 자기모멘트를 가지게 되는 경우가 있다. 이와 같은 원자핵을 자기장 내에 놓으면 원자핵은 어떤 몇 개의 정해진 방향만을 향하게 된다. 이 방향은 각각 미소한 에너지 차(差)의 상태에 있으므로 하나의 핵자기가 어떤 방향을 향하고 있을 때 그들의 차에 해당하는 에너지를 외부로부터 공급해 주면, 그 에너지를 공명흡수하여 허용된 다른 방향을 향하게 된다. 이 현상을 핵자기공명흡수라고 한다. 일반적으로 이 차에 해당되는 에너지는 마이크로파(波) 정도이므로 마이크로파의 진동수, 요컨대 에너지를 바꾸면서 자기장 안에 놓인 시료(試料)를 조사(照射)하면, 그중의 필요한 에너지의 마이크로파만을 흡수함으로써 핵자기공명흡수 스펙트럼을 얻을 수 있다.핵자기공명흡수장치는 결정(結晶) 고분자 금속 등을 주요 대상으로 하는 광역(廣域) 스펙트럼 측정장치와, 기체 액체 및 용액의 시료를 대상으로 하여 그들의 분자구조 등을 연구하는 고분해능(高分解能) 스펙트럼 장치가 있다. 이들에 의하여 측정된 흡수스펙트럼의 극대위치(極大位置)는 핵외전자(核外電子)에 의한 영향 때문에 화학적 이동(chemical shift)을 일으켜, 같은 원소의 원자핵이라 하여도 결합상태가 다른 경우에는 다른 양상(樣相)을 나타낸다. 또 각종 미세구조 등도 알 수 있어서 그들 원소의 원자 결합상태를 정할 수가 있다. 원자핵으로 양성자 밝혀졌으며 (Protein Data Bank; PDB, Research Collaboratory for Structural Bioinformatics; RCSB) 앞으로 그 수가 상당히 증가할 것으로 생각된다. 그러나 생체막 단백질의 경우, 진핵 세포에서 발현되는 단백질 중 약 30%를 차지하고, 그 기능적인 면에서 높은 중요성을 가짐에도 불구하고, 그 동안 기술적 어려움으로 인해 구조 규명의 성과는 미미한 편이었다. 현재 구조가 규명된 약 17,000여개의 단백질 중 생체막 단백질의 수는 2% 미만에 불과한 것으로 알려져 있다 (PDB Holding 2002/4/2, RCSB). 그러나 현재 NMR을 비롯한 관련 기술의 비약적인 발전을 토대로 미국에서는 Structural Genomics Pilot Project 를 통해, 일본에서는 Japan Biological Information Research Center(JBIRC) 에서 생체막 단백질의 구조 규명 노력이 활발해지고 있다. 따라서 국내에서도 생체막 단백질의 구조 규명 기술의 확립은 시급한 과제라 할 수 있다.생체막 활성 단백질 구조는 신약 개발의 강력한 수단인 Structure-Based Drug Development 의 가장 중요한 요소이다. 기존의 screening 방법은 실패율이 높고, 많은 시간과 비용이 든다는 단점을 가지고 있으나, receptor 구조에 근거한 약물의 설계는 이러한 단점을 극복할 수 있다. 따라서 세계 유수의 제약회사들은 구조에 근거한 신약 설계에 많은 투자를 하고 있다. 또한 게놈 프로젝트 이후 새로운 약물의 target이 될 수 있는 새로운 생체막 단백질들이 많이 발견되고 있어, 이들의 구조 규명은 새로운 약물의 개발 가능성을 열어 주고 있다.2. NMR의 기본 원리원자핵의 자기적(magnetic)성질을 가지고 있다. 그 중에서도 양성자가 각 운동량(angular moment) P를 가지고 잇기 때문에 핵은 자기 모멘트(Magnetic moment) 를 나타내게 된다.r Enhancement) 효과를 이용함에 따라 생물학적 활성을 지닌 화합물의 용액 상태에서의 공간적 구조(conformation)에 대한 연구는 하루가 다르게 발전하고 있다. 그러나 분석하고자 하는 시료의 분자량이 크거나 시료의 농도가 낮을 경우 NMR은 고 자기장 magnet로 구성되어야 함은 필연적인 것이다.NMR의사용에 있어서 중요한 또 하나의 부속품은 probe head인데 Bruker NMR의 경우 많이 보유하고 있는 probe head는 DPX-300(5mm dual:1H/13C), 10mm dual:1H/13C), DRX-500(5mm QNP:1H/13C/31P/15N, 5mm dual:1H/19F, 10mm BB109Ag-31P, 5mm BBI:1H-109Ag, 5mm TXI:1H/13C/15N), DRX-600(5mm BBI:1H-109Ag, 2.5mm|5mm|8mm TXI:1H/13C/15N)로 구성되어 있다. 특히 Inverse 1H probe head는 감도(sensitivity)가 낮은 핵종들의 NMR signal을 감도가 높은 양성자(1H)를 통해 관측할 수 있도록 설계된 것이다. 이와 같은 probe head가 1990년부터 제작이 가능해짐에 따라 분자량이 비교적 큰 화합물의 구조 분석이 더 용이해졌다. 한 예로 분자량이 600 정도이고 수소 및 탄소 외에 몇 개의 헤테로원소를 포함한 화합물인 경우 10 mg 정도의 시료량으로도 이 화합물을 이루고 있는 핵종들의 1D- 또는 2D-NMR 기법에 의한 스펙트럼을 얻을 수 있다. 특히 생체에서 분리 정제된 화합물들은 대개 수용액 상태에서 시료 측정이 요구된다. 이와 같은 경우 Inverse 1H probe head는 대단히 유용하게 사용되며, 또한 Inverse 1H probe head에 의해서만이 이와 같은 시료의 측정이 가능하다.6. 화학적 이동일정한 외부 자기장 {B_0에 의해서 모든 핵종이 같은 진동수의 frequency에 의해 resonance가 일어나는 것이 아닌 것처럼 같은nfield로 shift되고 (c)그림은 upfield로 shift된다. 하지만, 용액상태에서는 시료가 빠른 회전을 하기 때문에 평균적인 효과를 기대할 수 있는데 McConnell의 식에서 {1-3cos^2 theta항에 따르면 결과적으로 {delta_eff는 실험적인 방법으로 그 값을 알아내야 한다. 그 결과는{{{이와 같은 형태를 나타내게 된다.따라서 CH3-CH3, CH2=CH2, CH CH의 1H NMR spectrum은 대략 이중결합, 삼중결합, 단일결합의 순서로 나타남을 알 수 있다.또 다른 예로 저온에서의 Cyclohexane의 경우 (interconversion이 없을 경우)Ha는 (-) Hb는 (+)의 값을 가지게 되므로 Ha가 downfield로 좀더 shift됨을 예상할 수 있다.{ⅲ){delta_R; Ring convert effectaromatic compound에서 나타나는 유도 자기장은 벤젠의 겨우처럼 다음과 같이 나타난다.{이처럼 H는 자기장 {B_0의 영향을 더 받는 효과를 나타내므로 ({1+delta)가 되고 downfield로 shift한다. (여기서, A방향으로의 {B_0에서는 아무런 효과가 없다.)ⅳ) {delta_H; Intermolecular effect{분자가 용매와 hydrogen bonding을 형성하는 경우에 다음 그림처럼 양쪽에서 전자를 끌어당기는 효과가 생기므로 H에는 전자 밀도가 거의 없는 상태를 이루고 이로 인해서 deshielding되며 downfield쪽으로 shift하는 경향을 볼 수 있다. 이때는 solvent와 hydrogen bonding을 이루는 경우이므로 농도가 증가하면 hydrogen bonding의 확률이 커지게 되어 (solvent effect) downfield로 shift되는 모습을 발견할 수 있다.하지만 interhydrogen bonding을 하는 다음과 같은 compound의 경우농도와는 상관없이 항상 downfield쪽으로 shift된 spcetrum만을 관찰할 수 있다.7.다. 국내에서는 X-ray나 NMR을 이용하여 단백질 등 생체고분자의 구조를 규명할 수 있는 능력을 갖춘 실험실이 최근 20-30개 정도 생겼으며 활발한 연구활동을 하고 있다. 국내에서 규명되어 정상급 국외 학술지에 발표되는 생체고분자의 입체구조 수는 연간 10여개 이상에 달한다. 그러나 RNA 구조규명 기술은 전세계적으로도 10-20여개의 실험실만 보유하고 있는 최첨단 기술이다. 국내 X-ray 및 NMR팀도 본 연구팀을 제외하고는 모두 단백질 구조에 대한 연구를 수행하고 있다. 본 연구팀은 1990년부터 RNA 3차원 구조 규명을 연구하여 왔다. 1990년 UUCG tetraloop RNA의 NMR 구조를 nature지와 Biochemistry지에 발표한 이후로 RNA 사중나선 구조, influenza virus RNA 구조, Saccharomyces cerevisiae virus RNA 구조에 대한 연구결과를 수행해 왔으며 2000년에는 국제학술대회에 연사로 초빙되어 연구결과를 발표하였다. 또한 X-ray RNA 구조도 UC Berkeley 김성호 교수와 공동으로 발표한 바 있다.작년에 발표된 Haloarcula marismortui의 large ribosomal subunit과 Thermus thermophilus의 small ribosomal subunit에 대한 atomic resolution 결정 구조는 ribosome과 관련된 수십년 간의 노력의 결정판이다. Ribosome은 대략 2/3의 RNA와 1/3의 단백질로 이루어진 RNA-protein complex의 대표적인 예이다. Ribosome의 결정 구조들은 분자 구조 결정을 통하여 생물학적으로 흥미로운 분자들의 기능에 관한 성질들을 해석해 내고자 하는 structural genomics 분야의 목표를 이루어 가는 현실적 모델이 되고 있다. 구조화된 RNA와 RNA-protein interaction이 광범위하게 펼쳐져 있는 ribosome 내의 구조적 특징에 전적으로 바탕해서 알려지지 않은 다.

자연과학| 2003.05.27| 20페이지| 1,000원| 조회(2,531)

단백질공학, NMR, 단백질 구조분석

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조직배양을 이용한 단백질생산

I. 서론조직배양이라는 것은 다세포생물의 개체로부터 무균적으로 조직편(組織片)을 떼내어 여기에 영양을 주고 유리용기 내에서 배양 증식시키는 일로 조직학의 근대적 연구방법의 하나로서 성장과 증식을 탐구하는 데 사용된다.조직학의 근대적 연구방법의 하나로서 성장과 증식을 탐구하는 데 사용된다. 동물의 조직배양은 1907년 R.G.해리슨이 개구리의 신경조직을 개구리의 림프액 속에서 배양하여 성장시키는 데서 시작되었고, 이어 A.카렐과 A.피셔가 닭의 배(胚)의 섬유원세포나 근원세포(筋原細胞)를 닭의 배의 추출액과 닭의 혈장을 섞은 배양액으로 길러 성장시키는 데 성공하였다. 배양법에는 커버글라스법 플라스크법 회전관법(回轉管法) 등이 있다. 일반적으로 배양조직의 성장을 촉진시키는 것에는 배(胚)엑스나 백혈구 또는 지라엑스가 유효한데, 그 본체는 확실히 밝혀져 있지 않다. 최근에는 항생물질을 이용하거나 비타민 아미노산을 혼합한 이글배양액 등을 사용하기도 한다. 조직배양으로 1개의 세포로부터 세포집단까지의 배양, 작은 기관의 배양, 식물조직의 배양도 가능하게 되었다.동물세포를 이용한 생물의약품 개발은 1990년대 생명공학의 산업화를 주도한 핵심분야로써 EPO, CSF와 최근 단일항체, 유전자 치료용 바이러스 등을 발매시켰으며 매년 20-30% 성장을 거듭하여 21세기 생명공학 산업화의 주역이 될 것으로 예상되고 있어 국내의 생물산업이 선진국 수준으로 발전하기 위해서는 판매 혹은 임상 중인 생물의약품의 75%를 점유하고 있는 동물세포를 이용한 생물의약품 생산기술의 발전이 필수적으로 요구된다. 동물세포주 제조기술은 생물의약품 생산공정 중 생물의약품의 질(quality), 안전성(safety), 생산성(productivity)을 결정하는 가장 중요한 기술로써 그 하위 공정인 배양공정, 정제공정, 제제공정에 선행되어 개발되어야할 핵심기술이다. 현재 국내외 산업계에서 사용하고 있는 동물세포를 이용한 의약품 생산공정은 자체 개발된 혹은 학교나 연구소에서 개발된 동물세포주를 가지고 배양사용을 방해하진 않았다. 바이러스 분리와 성장에 대한 세포배양의 성공에도 불구하고 세포배양에서 성공적으로 배양되지 않는 몇몇 바이러스들이 여전히 존재한다.2) 미생물영양의 원리생물체는 증식하기 위해 세포구성물질의 합성과 에너지의 생성에 요구되는 여러 가지 물질들을 환경으로부터 얻어야 한다. 이러한 물질들을 영양소(nutrient)라 한다. 따라서 배지에는 모든 필요한 영양소들이 적절한 양으로 들어 있어야 한다. 그러나 미생물들은 생리적 특성이 상당히 다 양하므로 그들의 영양요구성 또한 다양하다. 실제로 미생물들을 위해 수천의 다른 배지들이 고안되었고, 이들 배지를 설명하는 데 있어서 때로는 여러 가지 성분이 들어 있어야 하는 이유를 분명히 밝히지 못하고 있다. 그럼에도 불구하고 배지의 고안은 과학적 원리, 즉 우리가 배지의 설명에 앞서 미리 언급하게 되는 영양의 원리(principle of nutrition)에 근거를 두어야만 한다.세포의 화학적 조성은 생명체를 통틀어 거의 일정한데 이것은 생장을 위해 필요한 주요물질을 암시해준다. 물은 세포의 전체 중량의 약 80 ~ 90%를 차지하므로 양적인 면에서 볼 때 가장 중요한 영양분이다. 세포의 고체물질은 수소와 산소 (물질대사로 물에서 유래한)외에 탄소, 질소, 인, 황의 순으로 함유되어 있다. 이들 6가지 원소들은 세포건조중량의 약 95%를 차지하고 있다. 다른 많은 원소들이 나머지 부분을 차지하고 있다. 영양학적 연구에 따르면 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 철, 망간, 코발트, 구리, 몰리브덴, 아연 등은 대부분의 생물체에서 필요로 한다. 필요로 하는 모든 금속원소는 무기염류의 양이온 형태의 영양분으로서 제공될 수 있다. 칼륨, 마그네슘, 칼슘 그리고 철은 비교적 많은 양을 필요로 하므로 항상 배지에 염으로 넣어주어야 한다.망간, 코발트, 구리, 니켈, 몰리브덴, 그리고 아연 등의 양적 요구량은 매우 적다. 실제로 그 요구량이 너무 적어 그들의 중요성을 설명하는데 어려움이 있다. 왜냐하면 이들은 배지에 주요한 무기에도 불구하고 CO2를 완전히 제거하려면 유기배지에 있는 미생물의 생장이 저해되거나 지연된다. 그리고 어떤 세균과 균류는 유기 배지에서 만족할만한 생장을 하기 위해서 비교적 높은 농도의 대기중의 CO2(5 ~ 10%)를 필요로 한다.4) pH의 조절주어진 배지가 생장의 개시에 적당할지라도 그 후의 미생물개채군의 생장은 그 생물체 자체의 생장과 물질대사로 인해 초래되는 배지의 화학적 변화에 의해 심각하게 제한될 수도 있다. 예를 들면 포도당이 들어있는 배지에서 발효의 결과로 생산되는 유기산은 생장을 저해할 수 있다.반면에 미생물에 의한 배지의 음이온 성분의 분해나 이용은 배지를 더욱더 염기성으로 만든다. 예컨대 숙신산 나트륨 한 분자의 산화로 인하여 강한 염기성염인 탄산나트륨의 형태로 2개의 나트륨이온이 방출된다. 단백질과 아미노산의 분해 역시 암모니아를 생성하므로 배지를 염기성으로 만든다. 수소이온농도의 급격한 변화를 막기위해 완충제나 불용성 탄산염을 종종 배지에 첨 가해 준다.일수소 인산염과 이수소이산염의 혼합물로 구성된 인산염 완충액은 대단히 유용하다. KH2PO4는 약산 염인 반면 K2HPO4 이는 약염기의 염이므로 이 둘의 동일 몰농도 용액은 pH 6.8 정도로 거의 중성이다. 제한된 양의 강산을 이러한 용액에 첨가하면 염기성 염의 일부분은 약산염으로 전환된다.K2HPO4 + HCl -> KH2PO4 + KClK2HPO4 + KOH -> KH2PO4 + H2O따라서 이러한 용액은 배지에서 산이나 염기가 생길 때 급격한 수소이온농도의 변화를 막아 주는 완충제로서 작용한다. 산성 인산염과 염기성 인산염을 서로 다른 비율로 사용함으로써 약 pH 6.0 ~ 7.6범위의 서로 다른 pH값의 완충액을 만들 수 있다. 그러나 완충액의 능력은 산, 염 기구성성분의 양에 의해 제한되기 때문에 훌륭한 완충작용은 pH 6.4 ~ 7.2 범위의 좀더 좁은 범위에서만 얻어질 수 있다. 따라서 초기의 완충액이 산성일수록, 수소이온농도의 증가(pH의 감소)를 막는 능력은 증가한다aHCO3를 첨가시켜 줌으로서 충족될 수 있다. 가용성 탄산염은 공기에 노출되는 배지에 사용해서는 안되는데, 그이유는 CO2가 대기중으로 급격히 소실되어 배지가 매우 염기성화되기 때문이다.6) 빛의 공급광영양성 미생물(조류, 광합성세균)의 배양을 위해서는 빛이 요구된다. 온도조절과 함께 충분한 빛을 조사하는 것은 단순한 문제가 아니다. 비광합성 생물체의 배양에 있어서 온도는 배양기를 사용하거나, 원하는 온도로 고정된 온도조절장치를 사용함으로써 조절될 수 있다. 그러나 상업 적으로 유용한 대부분의 모형은 내부조명계가 구비되어 있지 않으므로 광영양체의 배양에는 사용될 수 없다.배지를 일광에 노출시킴으로써 비교적 조절되지 않은 불연속적인 빛의 조사가 이루어질 수 있다. 태양광선에 직접 노출시키는 것은 강도가 너무 강하고 온도도 생장이 저해되는 정도까지 올라가므로 피해야 한다. 많은 광합성미생물들은 연속적인 광 조사에 견딜 수 있으며, 그들의 생장은 이러한 상태에서 더욱 빠르므로 인공적인 광원이 유리하다. 이용하는 광원의 방출 스펙트럼(emission spectrum)은 중요하다. 형광등은 비교적 적은 열을 방출하므로 실제적으로 유용하며 따라서 적정온도를 유지하기는 어렵지 않다. 그러나 그들의 방출스펙트럼은 태양광선에 비해 가시광선스펙트럼의 장파장과 적외선 근처의 파장에서 결손이 많다. 이들은 700nm보다 단파장의 빛을 사용하여 광합성을 수행하는 시아노박테리아를 배양하는 데는 적당하다. 그러나 750 ~ 1000nm범위에 있는 파장의 빛을 사용하는 홍색 및 녹색세균에게는 광합성에 효과 적인 빛이 되지 못한다.후자인 광합성 세균을 위해 적당한 인공광원은 백열전구이다. 그러나 높은광도로 사용되면 열의 방출이 문제가 된다. 가장 쉬운 해결책은 배양용기를 유리나 플라스틱 수조안에 담가두어 측면광조사를 받게 해주고, 물을 순환시킴으로서 원하는 온도를 유지시켜 주는 것이다. 다른 해결책으로는 내부 백열조명장치를 갖춘 광상자를 설계하여 그안의 온도를 통기나 냉각에 의해 조절하여 이 세포 현탁액을 적절한 배지에 넣어 주어 세포를 배양하면 된다. 세포 배양에 사용되는 배지에는 KCl, NaCl, Na3PO4, CaCl2, MgSO4, 등과 같은 염류 (salts)와 glucose, vitamins, amino acids, sodium pyruvate등과 같은 영양분, 그리고 pH7의 중성용액상태를 유지해주는 완충용액을 넣어주어야 한다. 세포 배양 배지에는 이들 이외에도 세균의 증식을 막기 위하여 항생물질을 넣어주어야 하며, 세포의 성장을 자극하기 위하여 성장인자 (growth factors)가 함유된 소혈청 (fetal bovine serum)을 넣어주어야 한다.3) 세포 배양으로 얻어지는 세포조직에서 세포를 떼어내어 배양하게 되면, 조직 중에 존재하는 모든 세포들이 균일하게 잘 자라는 것이 아니다. 이 경우 많은 세포 종류 중에서 시험관 배양에서 비교적 잘 자라는 세포들이 쉽게 얻어지기 때문에, 원하는 세포를 얻기 위해서는 특별한 조처가 필요하며, 원하는 세포가 얻어졌는지를 언제나 확인하여야 한다. 섬유아세포(fibroblast)는 거의 모든 조직에 존재하며, 세포배양 시 가장 손쉽게 얻어지는 세포이다. 이 세포는 배양접시에 부착하여 증식하며, 배양접시에서 길다란 방추체(spindle) 모양의 세포를 형성한다. 이들 세포들은 서로 평행되게(parallel array) 성장하며, 배양접시에 세포의 단층(monolayer)을 형성하고 성장을 멈춘다. 상피세포(epithelial cell), epitheloid cell 등을 포함하는 기타 세포들도 배양접시에 부착하여 증식하며, 단층을 형성하면 증식을 멈춘다. 임프구형세포(lymphoid cells)는 주로 혈액세포들로서 배양 시구형으로 자라는 세포들이다. 이들 세포들은 배양접시에 부착하지 않고 배양액에 현탁상태로 성장한다(suspension culture).4) 세포의 분화 단계 (state of differentiation)우리 몸의 세포는 비록 거의 같은 유전적인 구성을 가지고 있기는일이다.

자연과학| 2003.05.27| 22페이지| 1,000원| 조회(1,365)

조직배양, 단백질 공학, 단백질 생산

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PCR의정의와 응용분야 평가A좋아요

I. 서론Polymerase chain reaction(PCR) technique은 1980년대 중반 K. Mullis에 의해서 고안된 기술이다. 이 PCR techinique은 유전자를 연구, 분석하는 분자유전학에 혁신을 일으켰다. PCR(Polymerase Chain Reaction)법은 DNA 가닥의 열변성(denaturation step), primer와의 annealing(annealing step), polymerase에 의한 DNA 합성 신장 반응(Extension step)를 반복하여 실시함으로써 in vitro에서 DNA를 증폭하는 방법이다. 이 방법을 사용하면 DNA를 수 시간 내에 적어도 105배로 증폭할 수 있다. TaKaRa Taq(TaKaRa Code No. R001)는 Thermus aquaticus YT-1주로부터 DNA polymerase 유전자를 클로닝하여 그 유전자를 도입한 재조합체 대장균을 이용하여 대량 발현하고, 고도로 정제한 94 kDa의 내열성 DNA polymerase로 천연의 Taq DNA polymerase와 같은 기능을 갖고 있다. PCR의 원리는 DNA의 양쪽 가닥을 주형으로 하여 원하는 DNA를 증폭시키는 방법으로 전체 DNA로부터 원하는 DNA 특정 부분을 선택적으로 증폭시킨다. 우선 DNA polymerase가 DNA합성 시작을 위해서는 외가닥 DNA의 주형이 있어야 하므로, double stand(이중가닥)으로 되어있는 주형을 고온(95 )에서 denaturation(변성)시킨다. 변성된 single stand(외가닥) DNA의 양 끝에 상보적으로 결합할 수 있는 작은 DNA 조각(primer)을 넣어주어 낮은 온도(50-65 )에서 annealing(결합)시킨다. 결합한 후에 72-74 에서 Taq polymerase가 DNA 합성을 개시한다. 이렇게 'denaturation(변성)-annealing(결합)-extension(신장)'의 cycle이 30회 정도 반복 수행되어 DNA를 증폭시킨다. 이론적같은 긴 DNA와는 달리 보통 15 bps이상 30bps이하의 oligonucleotide를 사용하는데 이런 짧은 DNA의 hybridization temperature를 결정하는 데에는 length, GC content, pH, salt concentration 등 여러 요소가 영향을 미친다. 이 과정에서 primer가 biding하여 free 3 end를 제공하면 여기서 polymerase가 chain extension을 시작한다. 실제로는 PCR에 사용하는 Taq polymerase의 활성 온도 이상의 annealing temperature를 가지는 primer는 사용할 수 없다.{(3) extentionTaq polymerase가 primer의 3 end의 free OH기를 시작점으로 해서 single strand template의 상보적인 dNTP를 가져와서 붙여 나가며 chain extension을 시행한다. 처음 cycle에서는 template를 기준으로 합성이 되므로 target sequence와는 상관없이 3 방향으로 60 bps/sec의 속도로 계속 합성이 되어 나간다. 이론적으로는 template의 5' end까지 합성이 되어 나갈 수 있지만 extension time이 무한대가 아니므로 다음 cycle의 denaturation step까지 합성이 된다. 보통 500bps 이하의 size는 20초면 충분한 extension이 되는 것으로 알려져 있다.{(4) PCR cyclePCR의 각 과정에 대한 온도와 시간은 목적하는 염기서열의 길이나, primer의 GC함량에 따라서 변화 시킬 필요가 있다.Tm( )=4 (primer중의 G＋C의 수)＋2 (A＋T의 수)Primer의 annealing 온도는 Tm과(Tm-20 )의 사이에서 설정하고 가능한 한 온도를 높게하여 PCR 반응의 특이성을 높일 수 있고 PCR cycle을 시행하기 전에 잠시동안 열변성을 실시하여(94 로 3 5분간)완전히 double strand를 single strand로 상식적으로 생각하는 방향과 반대 방향으로 PCR을 실시하는 방법인데 예를 들어 2.7kb 크기의 vector에 1kb 크기의 insert DNA가 삽입되어 있다고 한다. Insert DNA 내에서 100번과 900번 염기 부위에 위치한 한 쌍의 primer로 PCR을 한다고 하면 상식적으로는 800bp 크기의 PCR 산물이 증폭되는 것이 당연하지만 이 때 사용하는 한 쌍의 primer 모두 반대 방향의 것을 사용하면 전체 DNA (2.7 +1.0=3.7kb)에서 800 bp만 소실된 2.9 kb 크기의 PCR 산물을 얻을 수 있다.* 이 방법은 deletion mutant를 제조하거나 미지의 DNA를 제한효소 절단부위에 따라 subcloning한 후 그 염기서열을 추적하기 위한 용도 등에 사용될 수 있는 유용한 방법이다. 실험 방법은 일반적인 PCR과 동일하며 primer의 방향만 반대의 것을 사용한다.(6) PCR-SSCP (single strand conformation polymorphism)* point mutation을 찾을려고 할 경우에 유전자내의 변이, 특히 point mutation을 발견하는데 가장 간단하고 신속한 방법이다. PCR 수행시 각하는 방향과 반대 방향으로 PCR을 실시하는 방법이다. 변이가 있을 것으로 예상되는 DNA 특정부위 양쪽으로 적당히 덜어져 있는 부위에 PCR을 실시하기 위한 primer를 제조한 후 PCR로 이 DNA를 증폭시킨다. 이 증폭된 DNA를 검출하기 위해서는 전기영동을 실시해야 하는데 전기영동에 영향을 주는 인자들에는 여러 가지가 있다. 그 중 SSCP에 이용되는 인자는 입자들의 형태에 따라 전기영동시 이동하는 속도가 달라진다는 점을 이용하는 것이다. 한 개의 point mutation만 있는 경우에도 나타날 수 있는 미세한 이동 속도의 차이도 검출해야 하므로 SSCP를 위해서는 agarose gel대신 acrylamide gel이 이용된다.* PCR 산물을 전기영동하기 전에 DNA를 변성시킬 수 있도록 NaA의 염기 서열을 분석하고 비교 했을 때 100개의 염기들 (nucleotides) 중 1개꼴로 개인마다 차이를 나타낸다고 하는데, 전체 게놈이 대략 2 X 109 염기들로 이루어진 인간에서는 약 2 X 107 번의 염기서열변이를 가진다고 할 수 있다. 이러한 관점에서 볼 때 근연관계가 멀수록 염기 서열상의 차이가 크다는 것을 예상할 수 있고 DNA 염기 서열의 자연적 변이체들의 구분은 모든 DNA 염기 서열을 직접 읽어 비교하는 것이 완벽한 방법이나, 이 방법은 천문학적인 시간과 경비를 요구하기 때문에 비현실적이다. RFLP와 같이 특정 염기 서열 부위에 선택적으로 작용하는 제한효소를 이용하여 그 산물의 단편의 크기를 살피는 데에도 계통간의 충분한 변이를 관찰하기 위해서는 처리하는 제한효소의 조합을 바꾸어 가면서 data를 집적해야 하기 때문에 여기에는 많은 양의 DNA와 노력 및 경비가 요구되어 많은 계통간의 근원관계를 동시에 동정하는데는 한계가 있다. 하지만 PCR을 이용한 RAPD 기법은 염기수가 짧은 (10개 내외) primer들이 아주 긴 DNA 주형에 특이적으로 annealing되는 자리가 많아서 그만큼의 많은 band를 발생시키는 점에 착안하여 실시하는 것으로, polymorphism (다형화)을 관찰하기 위한 primer의 수를 늘려 줄수록 계통간의 근원관계 분석을 유리하게 할 수 있으며, RFLP와 달리 primer를 바꾸어 실험하는데 경비가 싸며, 빠른 시간 내에 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 일반적으로 유전적 근연관계 (genetic distance 혹은 similarity)는 isozyme 분석과 RFLP 분석 등에서 적용되어 오던 방법을 수정해서 사용할 수 있는데, 일반적으로 Gow (1985)와 Jackson 등 (1989)에 의해서 정리된 이항분포 data를 사용한다. 하나의 RAPD marker 즉, 특정 primer에 의해 증폭된 1개의 band에 대해 2개의 서로 다른 유전자형 사이에서는 A;(1, 1), B;(1, 0 많다. 그러나 앞에서 언급되었던 유전적 다양성을 구분하고자 할 때에는 별 무리없이 사용할 수 있으며, 증폭된 부위의 말단 염기서열을 분석한 다음 특이적인 primer로 재합성하여 사용한다면 재현성에 전혀 문제가 없으므로 연관분석 연구에 충분히 사용할 수 있다 (SCARs).나. SCARs (Sequence Characterized Amplified Regions)SCARs는 개개의 RAPD band들을 더욱더 고감도의 marker로 전환한 형태를 지칭하는 것으로 대개 제한효소로 절단한 DNA 단편을 RAPD primer로 증폭하여 끝 부분을 sequence하여 만든다. 이렇게 18 - 24 bp로 합성한 primer를 이용하여 증폭된 최종 산물에 의해 원래의 polymorphism을 반영하는데 때때로 우성인 RAPD band를 공우성으로 전환시키기도 한다. SCARs 기법은 실제로 모든 map-based에 유용한 것으로 되어 있으나, 만약 사용된 primer 염기 서열이 알맞게 conserve 되어 있지 않을 경우에는 게놈간의 차이를 보여주지 못할 수도 있다는 단점이 있다. 특히 RAPD band가 식물체의 염색체에 primer들이 무작위로 작용하여 만들어진 것이기 때문에 SCARs를 더욱 conserve된 게놈상의 목표 지점으로 삼을 방법이 없다.다. STS (Sequence Tagged Sites)STS법은 양쪽 끝의 염기서열를 알고 있는 RFLP probe나 18 - 24 bp 크기의 염기서열을 알고 있는 primer를 가지고 어느 특정 게놈 부위 절편을 증폭시키는데 응용된다. Polymorphism은 품종간 차이로 인해 primer가 상보적으로 결합을 하느냐에 따라 PCR산물이 생길 수도 그렇지 않을 수도 있는데 이런 polymorphism은 intervening sequence가 일부라도 삽입되었는가 아니면 결실되었는가에 따른 PCR산물의 절편 길이 변이에 의해서도 나타나게 된다. STS법은 보통 어떤 특수한 필요성이 있어 RFLP probe나 복제 있다.

자연과학| 2002.07.13| 32페이지| 1,500원| 조회(2,123)

PCR, DNA, 유전자

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유전공학의 산업적응용 평가A좋아요

I.서론유전공학을 유전자와 공학이라고 하는 두 가지의 언어로 나누어 생각해 보자.공학이라고 하는 것은 이학과 유사한데 다른 것이다. 이학이란 과학이라는 점에서 물질자체의 조직을 추구하여 해명하는 것을 목적으로 하고 있다. 한편 공학이란 엔지니어링(또는 테크놀로지)을 말한다. 엔지니어링이란 과학으로 해명된 조직을 응용 또는 이용하여 우리들의 생활을 향상시키기 위한 제품이나 서비스를 만들어 내는 것이다.물론 두 가지가 서로 밀접하게 관계하고 있기는 하지만 본질적으로는 다른 것이다. 덧붙여서 말하면 미국에서는 과학은 기초, 엔지니어링은 응용이라고 바르게 이해되어 왔다.유전자는 말하자면, 생물의 유전을 조절하는 유전물질 또는 DNA(deoxyribo nucleic acid:데옥시리보핵산)를 뜻하며 세포에 어떤 단백질을 만들지를 명령하고 있다. 엄밀하게는 좀 다르지만 유전자=DNA라고 할 수도 있다.다시 말하면 유전공학이란 유전자, 즉 거대분자 화합물인 DNA의 기능을 바탕으로 유전자재조합(재조합 DNA실험) 유전자클로닝(DNA클로닝) 등의 유전자 조작기술을 응용하여 유전자 산물의 효율적인 공업 생산과 육종에 의한 농수산물의 생산 증진 등을 연구하는 유전자(DNA)기능 응용공학. 유전자공학(geneengineering)이라고도 한다. 1970년대에 들어서면서 제한효소를 비롯하여 DNA리가아제 등 DNA에 작용하는 효소의 기능 특징이 밝혀짐에 따라, 이 효소들의 작용을 이용하는 재조합DNA 제작기술과 재조합DNA 증식을 목적으로 유전자DNA를 증식시키는 유전자클로닝 기술 등이 개척 발전되었다. 이에 따라, 이들 기술을 응용하여 호르몬, 유용 단백질 등 유전자산물의 생산량을 증가시키고 재조합 DNA를 이용해서 육종 등의 효과를 높이는 것을 목적으로 하는 유전공학 분야가 날로 발전되고 있다. 이 분야의 기간적(基幹的) 기술은 재조합DNA의 제작과 유전자클로닝의 유전자조작 기술이다.II.본론1. 유전공학 기법(1) 유전자 재조합a. DNA 단편을 플라스미드나 박테리오파지처럼 염기순으로 되어 있고 Hind Ⅲ은 AGCT, Bam H I는 GATC의 염기순으로 되어 있다. 이들 말단 부위는 각각 분자의 반대쪽 말단의 상보적 사슬과 수소결합으로 결합하여 고리 모양 구조가 될 수도 있고, 또는 다른 DNA의 단편과 재결합 DNA를 형성할 수도 있다. 이들 결합은 DNA리가아제에 의해서 연결되든지, 숙주에 도입된 후 숙주세포의 효소계에 의해서 공유결합으로 연결된다. 이 방법은 DNA절편을 연결하여 재조합 DNA를 만드는 데 가장 간단한 방법이며, 같은 제한효소를 이용함으로써 원래와 똑같은 DNA단편을 생산할 수 있다는 이점이 있다. 둔단 방법에 의해서 절단된 DNA의 절편은 T₄ DNA리가아제에 의해서 서로 연결시킨다. 이 방법은 DNA의 절편을 그들의 말단 염기 배열과는 관계없이 연결시킬 수 있어서 이점이 되고 있다. 또 다른 방법으로 호모폴리머 테일링(homopolymer tailing : 單獨重合體精製化)방법이 있다. 이것은 DNA단편들을 연결하기 위하여 일반적으로 가장 흔히 적용하는 방법이다. 한 DNA절편의 한 가닥사슬의 끝에는 올리고(dA)를, 상대편 사슬의 다른쪽 끝에는 올리고(dT)의 꼬리를 달아 이들의 상보적 염기쌍의 연결에 의해서 고리 모양의 재조합 DNA를 형성하는 방법이다. 호모폴리머 테일링에는 흔히 송아지의 흉선에서 추출한 터미널 뉴클레오티딜 트랜스퍼라아제(terminal nucleotidyl transferase)라는 효소가 사용된다. 이런 여러 가지 방법으로 플라스미드 운반체에 실린 재조합 DNA는 숙주세포로 들어간다. 대장균은 CaCl₂로 처리하면 외부의 DNA를 받아들인다. 이 방법에 의해서 대장균, 살모넬라, Enterobacter, 슈도모나스 등에도 DNA에 의한 형질전환이 가능하며 플라스미드를 운반체로 사용한다. 대장균을 숙주로 사용할 경우에는 박테리아를 Mg２+ 을 함유한 용액으로 씻고 4 에서 Ca2+용액에 현탁시켜 재조합 DNA를 이에가하면 도입된 재조합 DNA에 의한 형질이 표현된다. 숙주세포는으로는 세포융합 방법을 통해 세포분화의 기작을 해명하는 데 도움이 된다. 생물공학적으로 가장 각광을 받는 세포융합의 응용은 바로 단일클론성 항체의 생산일 것이다. 즉, 림프잡종세포종(hybridoma)을 이용한다. 하이브리도마란 시험관 내에서 생존 증식이 되는 암세포와 생체로부터 추출한 어느 특정의 분화형질을 가진 대형세포와 융합시켜서 만든 잡종세포를 가리킨다. 이것의 대표적인 것은 림프구하이브리도마이며, 특히 골수종세포(myeloma cell)와 비장이나 림프절에 들어 있는 림프구 가운데 항체산생세포의 선구세포인 B세포를 융합한 잡종세포는 단일 클론항체를 만들며 연구와 임상에 널리 응용된다.일반적으로 항체를 얻으려고 할 때에는 항원을 동물체에 주입하는 방법에 의하지만, 이때의 항체의 복합체가 만들어진다. 그러나 어느 1개의 항체산생세포는 1종류의 항체만을 만들게 되므로, 골수종세포와 항체산생세포와의 세포잡종으로 항체를 만들어 한 개 한 개의 잡종세포를 클론배양하면 1개의 클론 세포군은 단 한 가지 종류의 같은 항체를 만드는 세포들로만 된다.이와 같이 해서 얻어지는 것이 단일클론항체이다. 이 항체는 생체, 또는 세포에 미량밖에 없는 물질을 검출하고 동정(同定)하며, 또 생체내에서의 소재를 알아보는 데 유용한 수단이 된다. 암을 비롯하여 간염 등 각종 질병의 진단 치료 독소의 중화 등에의 실용화도 이미 시작되고 있다. 세포융합에 의한 세포잡종의 이용은 식물체에까지 이르게 된다. 유성생식적으로는 교잡이 전혀 불가능한 이종속간에 세포융합의 방법에 의하여 잡종식물을 만들 수 있게 된 것이다. 식물의 세포잡종을 얻으려면 먼저 세포의 세포벽을 제거하여 원형질체인 프로토플라스트를 만들어야 한다. 원형질체는 세포막으로 싸여 있으며 동물세포와 같은 모양을 가진다. 세포를 고장액(高張液) 속에서 세포벽 분해효소로 처리함으로써 원형질체를 얻을 수 있다. 세포벽 분해효소로는, 세균에는 리소자임(lysozyme), 효모와 사상균에는 달팽이의 소화관액, 고등식물의 세포에는 셀룰라아제(문제도 생각과는 달리 시장진출에 어려움을 겪어왔다. 그러나, 최근에 이르러 유전공학에 의한 '바이오' 의약품 산업은 결실기에 접어들고 있으며, 연구개발의 열기도 좀 더 확산되어 가고 있다.2) 단클론항체의 생산단클론항체는 1975년 쾰러와 밀스타인이 처음으로 하이브리도마 기술을 개발해 냄으로써 생산이 가능하게 되었다. 하이브리도마란, 항체는 생산하나 증식력이 없는 B임파세포와 종양세포의 일종인 마에로마(myeloma) 세포를 융합시켜 만든 '잡종종양세포'를 말한다. 따라서, 하이브리도마는 B임파세포의 특성인 항체 생산력과 종양세포의 특성인 세포 증식력을 모두 갖추고 있어서 세포배양을 통하여 우리가 원하는 항체를 양산해 낸다. 하이브리도마는 한 항원부위에만 작용하는 한 종류의 균질적 항체를 생산하게 된다. 이와같이 생산된 항체를 '단클론항체(monoclonal antibody)' 또는 '단세포군항체'라고 한다.단클론항체는 항원에 대한 특이성이 높고 균등질의 특성이 있을 뿐만 아니라 이제까지 항원공급의 한계성 때문에 얻기 어려웠던 항체를 쉽게 만들어낼 수 있게 됨으로서 이를 이용한 임상의학적 응용연구를 가능하게 만들었다. 단클론항체는 무엇보다도 임상진단용 시약으로 널리 응용되고 있으며, 암, 면역성 질환 그리고 바이러스성 질환 치료를 위한 '항체요법'으로 응용되어 질병치료의 새로운 길을 열어주고 있다.단클론항체에 대한 첫 상품특허는 1983년에 올소 제약회사에서 임파세포의 종류를 구분할 수 있는 9개의 단클론항체에 대하여 획득하였으며, 이들 항체를 환자의 면역기능을 측정할 수 있는 검사시약으로 개발하여 산업화하였다. 단클론항체를 이용한 진단시약으로는 주로 암의 진단을 비롯해서 세균 및 바이러스성 질병 또는 임신 배란기 진단, 마약 검사용 시약제품 등이 개발되어 있다. 현재, 미국의 식품위생국에서는 150가지 이상의 단클론항체를 진단시약으로 사용하도록 허가해 주고 있다.우리나라에서는 B형 간염진단, 핼액형 검사, 임신진단 백혈병 진단을 위한 시약들이 개발되어 산업화발전하고 있는 식물세포배양기술과 유전공학적 기법은 이러한 제약조건을 극복하고 농작물의 '기내육종' 나아가서는 '분자육종' 이란 새로운 길을 열어주고 있다. 이러한 기내육종기술은 짧은 기간 내에 실험실 규모에서 신품종 개발이 가능하고, 연구개발 자원의 효율화를 기할 수 있는 장점이 있다. 특히, 유전공학은 이제까지 불가능한 것으로만 알려졌던 '종'의 유전적 장벽을 넘어서서 유전형질을 한 종에서 다른 종으로 전이시킬 수 있는 기술로서 그 의미를 새롭게 부여해 주고 있다.세포융합이나 식물체의 형질전환과 같은 유전공학적 기법을 이용하여 전혀 새로운 식물체를 육종해 낼수도 있다. 세포융합기술에 의한 신품종 개량의 성공적인 사례는 '포마토(pomato)'라 하겠다. '포마토'는 감자(potato)와 토마토(tomato) 세포를 융합시킨 잡종세포를 분화하여 얻은 신종식물이다. 이 기술은 감자의 내한성 인자를 토마토에 이식시켜 내한성 토마토를 만들어내려는 시도에서 시작되었다. 또한 야생종을 재배종과 융합시켜 내병성이 강한 품종을 개발하려는 시도도 이루어지고 있다.일본에서는 귤과 탱자, 벼와 피의 잡종을 만들려는 연구가 이루어지고 있으며, 배추와 양배추 사이에 만들어진 세포융합 잡종인 '바이오 하구랑'은 새로운 야채품종으로 실용화되고 있다.식물 유전자를 조작하여 이종간의 유전자를 식물체에 도입, 새로운 형질을 갖는 식물체를 만들어 낼 수도 있다. 이러한 식물의 형질전환기술을 이용하여 의약용 단백질 유전자를 식물세포에 도입하여 원래 식물세포에서는 전혀 생산되지 않았던 '바이오' 의약품을 생산하는 '인공약초'도 개발되고 있다. 일찍이 1989년에 처음으로 신경전달물질의 일종인 류엔케파린의 유전자를 아기장대풀이라는 소형식물의 종자 단백질에 삽입하여 발현시키는데 성공한 이래 담배에서 생쥐 면역 글로블린을 생산해 내고, 사람 알부민을 생산하는 감자를 만들어 낸 바 있다.우리나라에서도 '인공약초'에 대한 개발연구가 이루어져, 세계 최초로 인슐린과 인터루킨 2 유전자를 담배에서 발현시키는

자연과학| 2002.07.13| 23페이지| 1,500원| 조회(1,744)

유전공학, 유전공학 기법, 유전공학의 산업적응?

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