바이오테크놀러지, 미래를 향한 도전, 알뤼치오 보렘

박테리아는 원핵생물… DNA는 세포질 속의 환형 염색체에 들어 있다. 박테리아들은 대개 다른 작은 환형 염색체도 가지는데, 이것을 플라스미드라고 한다. 플라스미드에는 항생제 내성을 가진 유전자가 들어있는 경우가 많다. 박테리아는 플라스미드를 주고 받으면서 서로 유전자를 교환한다. 이런 성질을 이용해서 유전공학에서는 플라스미드를 조작해서 서로 다른 종 사이의 유전자를 전달한다. 플라스미드는 다른 종으로 가서도 유전자 발현을 할 수 있기 때문이다.

   

유전자 맨앞에 있는 프로모터는 RNA 전사율을 조절하는 유전자이다. 프로모터는 언제 어느 세포에서 주어진 유전자가 발현될지를 조절한다. 프로모터 오른쪽에는 부호가 기록된 영역인 엑손과 인트론이 오는데, 이것들은 전사된다. 다시 말해 이것들은 유전자 발현 중에 mRNA 분자에 복사된다. 인트론은 전사되지만, mRNA 프로세싱 중에 번역(단백질 생성) 직전에 잘려나간다. 엑손에는 만들어질 단백질 부호가 들어 있다.

   

벡터 만들기… 플라스미드, 레트로바이러스(RNA 바이러스), 박테리오파지는 형질전환의 과정에서 특히 중요한 벡터(변형 유전자의 운반체)이다. 이 과정에서 유전공학자들은 DNA 조각을 자르고 재배열하여 유전자 컨스트럭트(변형 유전자)를 만들고 이것을 최종적으로 벡터에 집어넣는다.

   

최초로 시장에 나온 유전자 변형 식물은 캘리포니아 데이비스에 있는 Calgene 사가 개발한 토마토 변종 Flavr Savr이다. 1994년 출시.. 첫번째 유전자는 poligalactonurase 유전자를 반대형태로 복사한 것인데, 이것은 셀룰로스를 분해하는 효소의 유전자이다. 유전자를 반대 형태로 도입하는 것을 안티센스(antisense)라고도 부르는데, 이렇게 하면 식물에서 이 효소가 소량 만들어진다. 결과적으로 과일의 세포벽을 이루는 셀룰로스가 보통의 토마토보다 천천히 분해되어 단단함을 잃지 않음…

   

유전자 치료에서는 DNA 전달 방법이 매우 중요하며, 목표한 조직에 적절한 유전자를 전달해야 한다. DNA 부호 부분만을 직접 표적 세포에 도입할 수도 있다. 그러나 고립된 DNA 분자를 도입하는 이 방법은 매우 비효율적이다. 표적 세포가 DNA를 받아들이는 비율을 높이려면 유전자 전달에 특수한 벡터를 사용해야 한다. 벡터는 플라스미드이거나 바이러스로, 재조합 DNA를 다른 세포에 전달한다. 레트로바이러스는 RNA 바이러스의 일종으로 자기 핵산을 숙주 세포에 넣을 수 있다. 이 바이러스는 역전사효소, 즉 숙주 세포에서 RNA를 DNA로 전사하는 효소를 생산하는 유전자를 가지고 있다. 아데노바이러스, 레트로트란스포존, 리포솜도 유전자 치료에 벡터로 사용된다. 이것들은 모든 유전자를 새로운 세포에 도입해서 통합하는 능력이 있다. 레트로바이러스를 유전자 치료에 사용할 때는 사람에게 해로운 유전자를 모두 제거하고, 그 자리에 치료용 유전자를 넣는다. 리허게 변경된 레트로바이러스를 환자에게 도입한다.

벡터는 환자의 면역 체계에 견디고 살아남아서 치료용 유전자를 환자의 유전체에 전달해야 한다. 일반적으로 인체의 면역 체계는 생명체를 감염시킬 수 있는 바이러스나 병원균을 무력화시키는 분자를 가지고 있다. 면역 체계를 피한 바이러스는 또 하나의 간염 장벽인 세포막을 뚫어야 한다. 세포 속에 침투한 페트로바이러스는 유전체를 숙주의 것에 통합시켜서 치료용 유전자를 전달해야 한다. 이 통합은 마구잡이로 일어난다. 치료용 유전자는 숙주가 가진 원래의 유전자들을 방해하지 않는 곳에 들어가야 하며, 그렇지 않으면 다른 병이 생길 수 있다. 또한 도입된 유전자는 전사되어 바른 효소를 생산하도록 발현되어야 한다. 이 모든 과정을 분자 수준에서 처리해야 하므로, 유전자 치료는 매우 복잡한 방법이다.

   

RFLP restriction fragment length polymorphism

RFLP의 분석을 위해서는 d선 개인의 DNA를 분리하고, 제한효소로 소화시킨 다음, 아가로스 겔 속에서 전기영동으로 DNA 조각들을 분리한다. 서던 블롯팅 기술로 이 조각들을 셀룰로스 막으로 이동시킨다. 방사성 탐침을 이 조각들에 붙여서 길이를 알아낸다.

   

유전자의 위치를 알아내는 가장 빠른 방법들 중 하나는 역유전학을 이용하는 것이다. 다시 말해 관심이 있는 특질을 추적해서, 그 특질을 일으키는 단백질을 찾아낸다. 단백질을 만드는 정보를 유전자가 가지고 있다는 것을 알기 때문에, 그 유전자의 위치를 찾아볼 수 있다. 단백질의 아미노산 순서가 알려지면 그러한 순서로 된 뉴클레오티드들의 배열을 알아낼 수 있다. 적어도 그런 배열이 우리가 찾는 유전자의 일부일 것이다. 이 배열에 상보적인 뉴클레오티드를 만들어서 탐침으로 사용할 수 있다. 이 배열을 가지도록 합성한 DNA 한 가닥으로 수십억 개의 뉴클레오티드 염기를 검사할 수 있다. 탐침에 방사성 표지를 해서 염색체 안에 집어넣은 다음에 엑스선 사진을 찍어 위치를 알아낼 수도 있다. 형광 물질도 이용..