생명과학 ① 10-11. 생명과학과 인간의 생활, 유전자 조작 기술
◈ 생물학과 인간의 생활
3. 현대 생물학과 인간의 미래
① 생명 공학 기술
생명 공학은 생명 과학적 지식을 기반으로 다양한 기술을 개발하여 인간 생활에 활용하려는 응용과학의 한 분야이다. 생명 공학의 핵심적인 내용은 유전자를 다루는 기술에 있다.
ⓐ 유전자 조작 기술
* 유전자 재조합
한 생물의 유용한 유전자를 잘라서 다른 생물의 DNA에 끼워 넣어 유전자를 복제하거나 형질을 발현시켜 유용한 물질을 합성하게 하는 기술이다. 인슐린, 생장 호르몬, 항바이러스제인 인터페론의 대량 생산, 유전자 재조합 생물체(GMO)의 생산, 유전자 치료 등에 이용된다.
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사람의 인슐린 유전자와 대장균의 플라스미드를 동일한 제한 효소로 자른다. |
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인슐린 유전자의 플라스미드를 DNA 연결 효소로 붙여 재조합 DNA를 만든다. |
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재조합 DNA를 대장균에 삽입하고 대장균을 대량 증식시킨다. |
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대장균으로부터 생산된 인슐린을 순수 분리한다. |
<유전자 재조합 정리>
㉠ 플라스미드를 사용하는 이유
플라스미드는 대장균의 주 DNA 외에 별도로 들어있는 고리 모양의 DNA로 스스로 복제할 수 있다. 따라서 사람의 인슐린 유전자를 플라스미드와 재조합하여 숙주 세포인 대장균 속에 넣어 대장균이 증식함에 따라 플라스미드와 함께 사람의 인슐린 유전자도 복제 시킬 수 있으므로 유용한 유전자의 운반체로 널리 쓰인다.
㉡ 제한 효소(가위)와 리가아제(풀)
제한 효소는 DNA의 특정 염기 서열을 인식하여 자르는 효소이다. 사람의 인슐린 유전자와 플라스미드와 같이 서로 다른 생물의 DNA라 하더라도 동일한 제한 효소로 자르면 잘린 단명이 동일해진다. 이렇게 제한 효소에 의해 잘린 DNA 조각은 리가아제(연결 효소)에 의해 연결된다.
㉢ 숙주로 대장균을 이용하는 이유
재조합 DNA를 복제하고 이로부터 단백질을 합성하려면 숙주 세포가 필요하다. 대장균은 유전자와 생활사에 대해서 많이 밝혀져 있어 다루기 쉽고, 독성이 없으며, 증식 속도가 빨라 짧은 시간 안에 수를 많이 늘릴 수 있다. 또 단세포로 되어 있어 세포 분열이 곧 생색이 되므로 똑같은 유전자를 가진 대장균이 만들어져 사람의 인슐린 유전자를 가진 대장균이 증식함에 따라 사람의 인슐린을 대량 생산 할 수 있기 때문이다.
* 식물의 유전자 재조합
* 혈액응고 단백질의 유전자 재조합
* 유전자 주입술
매우 가는 주사 바늘을 이용하여 세포 속으로 DNA를 그대로 주입하는 기술이다. 다른 쥐의 생장 호르몬 유전자를 주입하여 만든 슈퍼 생쥐, 사람의 *락토페린 유전자를 가진 젖소 ‘보람’, 사람의 빈혈 치료제 유전자를 가진 돼지 ‘새롬’ 등을 만드는 데 이용된다.
* 락토페린 : 모유 성분의 일종으로 항균, 항바이러스 및 면역 증강 효과가 뛰어난 물질이다.
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일반 생쥐의 유전자와 래트(실험용 흰쥐)의 생장 호르몬 유전자를 분리하여 합성한다. |
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합성하여 만들어진 유전자를 대장균 플라스미드에 삽입한다. |
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재조합 DNA를 대장균에 삽입하고 합성 유전자를 증식시킨다. |
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생쥐 수정란에 합성 유전자를 주입하여 생쥐의 자궁에 착상 시킨다. |
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합성 유전자의 작용으로 슈퍼 쥐 탄생 |
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