재조합 DNA

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발광 유전자가 삽입된 히드라

재조합 DNA유전공학에 의해 인위적으로 재조합된 DNA이다.[1] 흔히 유전자 조작이라고 불리는 재조합 DNA 기술은 특정한 유전형질을 갖는 유전자를 삽입하거나 제거하는 조작을 통해 새로운 재조합 DNA를 만드는 과정이다.[2]

기술의 개요[편집]

재조합 DNA를 생성하는 방법은 다음과 같은 방법을 통해 이루어진다.[3]

  • DNA의 절단: 제한효소는 DNA 염기서열의 특정한 위치에서 작용하여 DNA를 잘라낸다.
  • DNA의 분리: 잘라낸 DNA는 겔 전기 영동법을 사용하여 분리할 수 있다.
  • DNA의 접합: 대상이 되는 DNA를 선별하여 대장균과 같은 숙주의 DNA에 DNA 연결효소를 이용하여 접합시킨다.
  • 숙주를 이용한 복제: 새로운 DNA가 삽입된 대장균을 증식시키면 연결된 DNA 역시 함께 복제된다.
  • 재조합 DNA의 생성: 선별된 유전자로 구성된 DNA를 다른 생물의 DNA에 결합시켜 재조합 DNA를 만든다. 이렇게 옮겨진 유전형질은 전혀 다른 에서도 작동한다. 위의 히드라는 발광 유전자가 삽입되어 스스로 빛을 내는 특징을 갖게 되었다.

응용[편집]

복제[편집]

고전 생물학에서 복제는 체세포를 이용하여 동일한 유전체를 갖는 생물발생시키는 것을 의미하였다. 현대의 분자유전학이나 유전공학에서는 바이러스 벡터를 이용하여 DNA 염기서열이나 유전자를 플라스미드에 삽입하여 대량으로 증식시키는 과정 역시 복제로 부른다. 플라스미드에 삽입된 유전자는 대장균과 같이 숙주가 되는 세균 내에서 발현하여 특정한 단백질을 생산할 수 있다.[1] 예를 들어 의료용으로 인슐린을 생산하게 할 수 있다.[4]

숙주 세균에서 플라스미드의 형태로 특정 단백질을 형성하게 하는 벡터를 발현 벡터라고 한다. 특정한 단백질을 생성하게 하기 위해서는 발현 벡터의 특정 구간을 제한효소로 끊고 그 자리에 단백질 형성을 지시하는 유전자를 삽입한다. 재조합 DNA 기술을 이용하여 대량으로 생산되는 의료용 물질로는 인슐린 이외에도 생장호르몬, 혈소판 유래 생장인자, 빈혈을 억제하는 에리트로포이아에틴과 같은 것들이 있다.[3]

유전자 조작 생물[편집]

글로피시는 상업적 판매를 위해 유전자 조작된 제브라 다니오이다.

유전자 조작 생물은 재조합 DNA 기술을 이용하여 유전자가 변형된 생물이다.

유전자 조작의 장점[편집]

  • 여러가지 질환의 치료

신체 질환은 많은 경우에 인체 내에서 합성되어 신체를 유지하는 물질, 즉, 생체물질이 부족하여 발생한다. 기존의 의약품은 부족한 생체물질을 주기적으로 필요한 만큼 외부로부터 보충해 주는 것에 불과한, 결국 한시적인 미봉책일 뿐이다. 그러나 생체물질이 부족한 근본적인 까닭은 해당 생체물질을 생산하는 신체기관에 이상이 있기 때문이라는 점에 주목해야한다. 이러한 이상은 해당 신체기관의 세포가 손상되었기 때문일 수도 있지만, 때로는 그 세포 안의 유전자에 이상이 있기 때문일 수도 있다. 즉, 어떤 생체물질의 생성에 관여된 유전자에 이상이 있다면 해당 생체물질은 올바르게 생성될 수 없어 질병이 발생하는 것이다. 그렇다면 어떤 질병의 원인이 되는 유전자를 바로잡을 수 있다면, 그 질병을 고칠 수도 있는 것이다. 즉, 정상적인 유전자를 해당 기관의 세포에 삽입하여 고장난 생체물질 공장을 다시 복구하여 가동함으로써 신체 질환을 보다 근본적으로 치유할 수 있는 것이다.

  • 유전자 조작 식품을 통한 식량 개선

대표적인 유전자 조작 식물에는 면화가 있다. 면을 생산하는데, 벌레를 막기 위해서 Bt toxin 이라는 독을 만드는 곰팡이에서 유전자를 면화에서 발현되게 해서, 산량을 엄청나게 늘였다. 그러나, BT toxin은 동물에게는 해가 없기 때문에 엄청난 생산량 증가를 가져오게 된다. 벼에는 부족한 비타민의 양을 늘려서 비타민 부족으로 생기는 결핍증예방에 탁월한 효과가 있는데, 이는 비타민의 전구체를 만드는 미생물의 유전자를 벼에 넣은 것이다. 이것외에도 사막식물의 유전자를 도입해서, 옥수수에 넣어서 가뭄에도 옥수수가 잘 자라게 하기도하고, 일정 병원균에 강한 식물에 유전자를 이용해서, 그 병원균에 약한 작물에 사용하기도 하고, 사람의 인슐린 유전자를 돼지에서 발현시켜서, 당뇨병 환자들에게 더 많은 인슐린을 공급하기도 한다. 또한, DHA를 만드는 유전자를 소에서 발현시켜, 우유를 만들고, 닭에서 발현시켜 계란을 만들기도 한다.

  • 인간의 신체적/정신적 능력의 개선

인간의 능력 중 선천적이라고 할 수 있는 많은 부분은 유전자로부터 비롯된다. 예를 들어 지능 역시 100%라고는 할 수 없으나 일정 부분 유전적인 성향에 바탕을 두고 있다는 것은 잘 알려져 있다. 이렇나 선천적인 부분은 유전자를 개선함으로써 신장시키는 것이 가능하다. 유전병의 치료든, 능력의 신장이든 유전자에 수정을 가함으로써 인간의 타고난 형질을 바꾼다는 점에서 원리상으로 서로 동일하다. 심지어 질병의 치료와 능력의 강화는 결코 명확하게 구분이 쉽지 않다. 예를 들어 보통 치매로 불리는 알츠하이머 병의 경우도 유전자를 개선함으로써 치료할 수 있다고 기대되는데, 치매의 치료란 결국 기억력을 강화시켜주는 것으로 바로 인간의 부족한 능력을 개선시켜 주는 것이다. 즉, 유전자를 조작함으로써 인간의 신체적/정신적 질병을 치료할 뿐 아니라 보다 바람직한 상태로 개선시키는 것 역시 가능하다.

  • 태아의 형질 선택과 조작 가능

PGH 같은 방법이 유전적으로 건강할 것으로 보이는 배아를 골라내는 수동적인 단계인데 반해, 태아의 배아를 유전적으로 건강하게 조작하는 것 역시 생각해볼 수 있을 것이다. 즉, 유전자 재조합 기술을 통해 태아의 DNA에 바람직한 유전정보가 담긴 DNA 조각을 끼워 넣음으로써, 부모가 가지지 않은 형질까지도 태아에게 선사하는 것이다. 가령 CCR-5라는 유전자는 에이즈(HIV)에 대한 면연력을 가져다준다고 하는데, 이를 태어나기 전에 배아 단계에서 아이의 유전자에 끼워 넣으면 장차 태어날 아이에게 에이즈에 대한 저항력을 선물하는 것이 가능하다. 즉, 아이가 태어나기 전에 배아의 유전자를 조작하여 태어날 아이의 질병을 방지해 주거나 능력을 신장시켜 주는 것이다.

  • 줄기세포 연구를 통한 난치병의 치료

건강하게 태어난 사람이라 하더라도 사후적으로 건강을 잃기도 한다. 사고로 인한 신체의 훼손이라든지, 장기나 조직에 이상이 있는 사람들의 경우 신체적 이상을 치료하기 힘든 이유는 이상 있는 장기를 대신할 새롭고 건강한 장기를 얻을 길이 없다는 것이다. 장기 기증을 받기란 쉬운 일이 아닐 뿐 아니라 타인의 장기는 부작용을 일으킬 수도 있다. 그러나 줄기세포를 이용하면 얘기가 달라진다. 줄기세포란 수정란의 세포가 아직까지 분화가 이루어지지 않은 상태로, 앞으로 뼈, 심장, 피부 등 신체 어느 부위의 세포로든 자라날 수 있다. 말하자면 줄기세포는 아직 아무것도 그려져 있지 않은 하얀 도화지 같은 것이다. 줄기세포를 이용한 난치병의 치료는 바로 줄기세포를 필요한 부위의 세포로 분화시킨 다음 신체의 손상 부위에 이식하는 것이다. 줄기세포를 분화시키면 어떠한 손상된 신체 기관도 재생이 가능하며, 따라서 사후적으로 발생한 질병이나 장애 역시 치료할 수 있다.

유전자 조작의 단점[편집]

논란의 여지를 두는 경우가 많다. 검사를 위해서 세포를 떼어내는 것이 과연 장차 태어날 아이에게 장기적으로 아무런 해를 끼치지 않을 것인지 더 지켜봐야 한다는 신중론, 그리고 유전자 진단을 통한 배아의 선별에서 부적합판정을 받은 배아를 파괴하는 것은 살인이라는 반대론등 논란을 많이 일으킨다. 또 부모가 아이의 외모나 지능등을 개량하는데 기술이 더 많이 쓰일것이므로 질병 유전자를 제거한다는 본래의 의미를 잃을 가능성이크다.

인간 유전자 조작의 사례[편집]

2006년 11월 영국. '맞춤아기(designer baby)'가 탄생했다. 정자의 핵과 난자의 핵이 합쳐서 형성된 수정란의 유전자 정보를 검사해 건강한 수정란만 골라 자궁에 착상시켜 태아로 키우는 '착상 전 유전자 진단(PGH: pre-implantation genetic haplotyping)'을 통해, 낭포성 섬유증이라는 유전병을 유발하는 유전자가 존재하지 않게 선택된 쌍둥이가 탄생한 것이다. 쌍둥이의 부모는 낭포성 섬유증 유전자를 지니고 있었기에 이들의 자식 역시 부모와 마찬가지로 이 병에 걸릴 확률이 매우 높았지만, 애초에 문제가 되는 유전자가 없는 수정란만 골라 아이로 키웠기에 건강한 상태의 아이를 얻을 수 있었다.[5]

같이 보기[편집]

주석[편집]

  1. Jeremy M. Berg; John L. Tymoczko; Lubert Stryer (2007). Biochemistry. San Francisco: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-8724-5.
  2. 조지 B 존슨, 전병학 역, 생명 과학, 동화기술, 2007, ISBN 89-425-1186-4 , 226쪽
  3. Pulves 외, 이광웅 외 역, 생명 생물의 과학, 2008, 교보문고, ISBN 978-89-7085-798-5, 제16장 재조합 DNA와 생명공학. 307-328쪽
  4. 권오길, 꿈꾸는 달팽이, 지성사, 2004, ISBN 89-7889-100-4, 137쪽
  5. 정혜경, 인간 유전자 조작과 과학 윤리, 이공계 학생을 위한 과학기술의 철학적이해, 한양대학교출판부, ISBN 978-89-7218-370-9, 746p