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미생물이야기 세균 또는 효모균에 인체의 유전자를 삽입시켜 단백질의 대량 생산이 가능해졌으며,인슐린, 성장호르몬 등은 유전자 재조합기술의 산물이다.
2013-08-14 15:53:59
이엠생명과학연구원

유전자 재조합 기술의 발달로 유전자 소식자(probe)의 대량생산이 가능해졌다. 소식자를 이용하면 유전병의 진단과 유전자 변이의 검색이 가능하다.세균 또는 효모균에 인체의 유전자를 삽입시켜 단백질의 대량 생산이 가능해졌으며,인슐린, 성장호르몬 등은 유전자 재조합기술의 산물이다. 정상 유전자를 세포내에 삽입시켜, 결함이 있는 유전자 기능을 대치시키는 기법이 시도되고 있으며,이러한 분야를 유전자 치료라고 한다.

 

 1) 소식자 보합결합에 의한 유전변이의 진단

 

(1) 제한효소 절편길이 다형성

 유전자의 염기에 이상이 생기면, DNA의 일정한 염기 서열을 절단하는 제한효소가 인지하는 위치가 달라진다. 따라서 제한효소에의해 절단되는 DNA 절편의 길이가 달라진다. DNA에 변이가 생기면, 절편의 길이는 정상에 비하여 길어질 수도 있고, 짧아질 수도 있다. 절단된 DNA를 한천 겔에서 전기영동시키면, 절편의 길이에 따라 순서대로 나열된다. 여기에 DNA 소식자와 보합결합을 시켜 찾고자 하는 DNA를 인지하여, 이들의 길이를 비교한다.이러한 방법을 제한효소 절편 길이 다형성(restriction fragment length polymorphism,RFLP)라고 부른다.

 유전자 변이의 개체간 다양성은 예상보다 심하다. 인간에서 다형성의 빈도는 0.03-1%로 생각된다. 100-3000개의 염기쌍을 인지하는 제한효소로 DNA를 절단하면 RFLP가 생길 확률은 0.1-4.0%가 된다. RFLP는 5 mg 정도의 지놈 DNA만 있으면 분석이 가능하다.

 RFLP는 가족간에 상호 우성(codominant)으로 나타나기 때문에, 가족의 확인 또는 변이의 진단이 용이하다.  RFLP는 단백질 구조의 이상을 밝혀 낼수도 있으며, 질병을 일으키는 유전자의 근접부의를 찾아낼수도 있다. 인접 유전자의 위치에 가까우면 유전자의 동일분리(co-segregation) 확률은 100%에 가까워진다. 따라서 인접유전자의 RFLP를 통하여 질환 유전자의 유무를 확인할 수 있다. 이러한 인접 유전자의 RFLP를 유전적 표지자(genetic marker)라한다.그러나 표지자의 역할을 하기위해서는 20 쎈티 모르간(20,000KB)이내에 근접되어야 한다. RFLP는 유전병의 산전 또는 산후 진단에 가장 널리 이용되는 유전자 진단법중의 하나이다.

 다발성 내분비 증후군, 다발성 내분비종양, 인슐린 비의존성 당뇨병 등에서 RFLP의 임상적 응용가치에 대한 가능성이 연구되고있다. 인슐린 유전자의 RFLP와 인슐린 분비능과의 상관관계가 보고되어 있으며,인슐린 의존성 당뇨병과 HLA 유전자 RFLP의 병인론적 연관성을 보고하고 있다.

 

 

(2) 올리고뉴클레오티드를 이용한 점 돌연변이 진단

 염기서열에서 단 하나가 변하여도 심각한 생물학적 변화가 일어날 수 있다. 염기서열이 변하면, 아미노산 구조가 변하고 단백질의 성상이 변한다. 헤모글로블린 이상증은 잘 알려진 점 돌연변이에의한 단백질 이상이다.

 정상과 비정상 올리고뉴클레오티드 두 종류를 합성하여 이를 소식자로 보합결합을 시행하면 지놈 DNA의 정상 또는 비정상을 진단할 수있다.실제로 제한효소로 처리한후 전기염동을 시행하며, 정상 또는 비정상 올리고뉴클레오티드와 보합결합을 시행하면 확실한 결과를 얻을 수 있다.

 인슐린 유전자의 점 돌연변이에 의한 인슐린 구조이상증이 보고되었으며, 페닐알라닌대신 글라이신이나 세린으로 바꾸어진 인슐린이다. 이 경우에도 올리고뉴클레오티드 소식자 보합결합 기법을 이용하여 진단할 수 있다.

 

 (3) 중합효소연쇄반응

 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction,PCR)의 도입은 각종 내분비 질환에서 유전자 결함의 이해에 큰 공헌을 하였다. 비타민 수용체와 갑상선 호르몬 수용체 유전자 분석이 좋은 예이다. 결함이 있는 유전자의 서열이 확인되면, 이를 기준으로 많은 사람을 대상으로 PCR을 시행할 수 있다. PCR의 개발은 유전자의 점 돌연변이를 폭넓게 검색할 수 있는 계기가 되었다.

 

 2) 호르몬 생산

 유전자 재조합 기법을 이용한 단백질의 합성은 의약품 생산에서 혁명적 변화라고 하여도 과언은 아니다. 임상적으로 가장 널리 응용되고 있는 단백질은 호르몬이다.인슐린과 성장호르몬이 대표적인 예이며,해당 유전자를 플라스미드에 끼어 넣는 유전자 재조합을 시행한다. 재조합된 프라스미드를 세균 또는 호모균에 넣어 주면, 균의 세포질에서 인슐린 또는 성장호르몬을 만들어 낸다. 이를 정제하여 의약품으로 사용한다.

 

 3) 유전자 전입

 유전자 재조합술을 이용하면 결함 유전자의 치료를 가능하게 할수있다. 정상 유전자를 결함 유전자를 가지고 있는 세포에 전입(transfer)시켜 정상 유전자에의해 단백질을 합성하도록 한다. 호르몬을 부호하는 유전자를 동물에 넣을 수도 있다. 성장호르몬 유전자를 쥐의 난자에 전입시켜 새끼쥐를 출산시킨다. 성장호르몬 유전자가 전입되어 성장호르몬의 생산이 활발한 쥐는 성장속도가 매우 빨라진다. 소와 돼지같은 가축에서 유전자 전입을 통하여 성장속도가 빠르고 몸이 큰 가축을 생산할 수있다. 성장 호르몬의 생산이 증가되면 혈중 호르몬 농도가 정상의 100배까지 상승하며,이를 추출하여 상품화 할 수도 있다.

 인간의 결함 유전자를 교정할려는 여러가지 시도가 있다. 피부 또는 간을 생검 배양한 후에 원하는 유전자를 배양 세포에 전입시키고,이 세포를 다시 환자에게 이식한다. 부모가 유전 질환을 가지고 있을 때는 시험관적으로 수정난에 유전자 전입 기법을 응용할 수 있다. 부모의 난자와 정자를 시험관에서 수정시킨후, 정상유전자를 전입시켜 자궁에 착상시키는 방법이며, 획기적인 방법으로 생각된다. 그러나 인간에서 유전자 전입을 시행하기 전에, 유전자 발현조절에 관한 충분한 지식이 있어야 한다.

 펩티드 호르몬은 표적기관에서 생산되는 호르몬에 의하여 조절된다. 예를 들면, 뇌하수체의 TSH는 표적장기인 갑상선에서 생산되는 T3와 T4에 의하여 발현이 조절되는 것과 같은 경우이다. 따라서 이전시킬 유전자에는 전사부위와 함께 조절부위도 포함되어야한다. 또한 이전 유전자의 삽입처에서 중요한 생체기능을 정지시키거나, 휴지상태의 암유전자를 활성화시키는 계기가 되어서는 안될 것이다.




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