게놈의 변환

게놈의 변환

모든 가능한 유전자 치료의 예는 반조(subset)의 체세포를 유전적으로 변환하는 것과 관련해서 바로 앞 부분에서 설명하였다. 성공적인 치료법은 유전적 모자이크, 즉 형질전환된 유전형을 가진 몇몇 세포 예를 들면 SCID 치료에서 유전적으로 변환된 T 임파구라든지 선천적 유전형의 기타 세포들을 가진 사람을 만들어낼 것이다. 유전적으로 변환된 세포들은 다음 세대를 창조해내는 생식세포나 정자 또는 난자 등에는 영향을 미치지 않을 것이다. 따라서 획득유전자는 그것들을 갖게 되는 개체보다 오래 살지는 않을 것이다.

그러나 유전적 형질전환 기술은 새로 수정된 알 같은 생식세포에도 적용될 수 있다. 그 결과는 상당히 다르게 나온다. 만들어진 성인의 모든 세포는 형질전환유전자(transgene)라고 불리는 새로운 유전자를 갖게 되며, 그 유전자는 정자나 난자를 통해 다음 세대로 전달될 수 있다. 많은 사람들은 생물체의 본래의 유전자를 함부로 변경한다는 생각이 체세포를 조작하는 것보다 훨씬 더 걱정스러운 일임을 알게 되었다. 현재까지 우리가 아는 한 사람의 생식세포내로 형질전환유전자를 넣으려는 어떤 시도도 이루어지지 않았지만, 다른 생물체에서는 이러한 시도가 많았고 또한 성공하였다.

 

미생물들

박테리아와 같은 미생물에 있어서는 생식세포와 체세포의 구별이 없다. 1944년에 Avery가 증명해 보인 것처럼 박테리아는 새로운 유전자를 받을 수 있고 또한 이 새로운 유전자를 후손에게 물려주어 후대에서 표현형이 발현되게 할 수 있다. 유전적으로 변경된 미생물들이 현재 조심스럽게 여러 가지 농업적, 상업적 목적에 맞추어 도입되고 있다. 최초로 유전공학적으로 만들어진 박테리아는 식물체(예를 들면 딸기)가 자라는 중에 받는 서리피해를 막아보고자 하는 의도에서 자연계에 도입이 되었다. “정상” 또는 “야생형' 박테리아는 유전자를 갖고 있는데 그 유전자의 산물은 얼음결정의 형성을 촉진해 준다. 하지만 유전공학적으로 변형된 박테리아는 그렇지가 않다. 이렇게 유전공학적으로 변형된 박테리아가 배양물로부터 탈출하여 사방으로 퍼져나간다는 (새로운 환경으로 방출된 다른 많은 생물체에서 일어나는 것과 같이)증거는 없다.

유전공학적으로 만들어진 효모균주는 여러가지 산업과정에서 사용되고 있다. 마찬가지로 유전공학적인 박테리아 균주를 개발하려는 다양한 시도가 있는데 해독(解毒)하는 박테리아, 예를 들면 산업폐기물이나 기름누출 등을 해독할 수 있는 박테리아를 개발하려는 것이다.

 

 

식물체

재조합 DNA 기술을 사용해서 식물체내로 새로운 특성을 도입하고자 하는 시도가 여러가지 측면에서 진행되고 있다. 식물체를 유전적으로 조작하는 일은 농업의 태동기 때부터 되어온 일이지만 최근까지는 이종교배를 통해 잡종을 만드는 느리고도 지루한 과정이었다. 유전공학은 이러한 과정을 가속화하고 또한 그 범위도 넓혀주게 된다.

1. 내충성 고초균(Bacillus thuringiensis)은 수많은 해충들에게 병을 일으키는 박테리아이다. 이것의 치사효과는 단백질 독소를 만드는 것에 있다. 재조합 DNA방법을 사용하면 독소 유전자를 직접 식물체의 게놈 안으로 집어 넣을 수가 있고, 결과적으로 이 유전자가 발현되면 해충에 대항할 수 있게 된다.

2. 내병성 식물 바이러스에 내성을 갖도록 하는 유전자를 성공적으로 담배, 토마토, 감자 같은 농작물에 도입시켰다.

 

3. 제초제 저항성 2,4-D처럼 넓은 잎을 가진 잡초를 죽이는 제초제의 안정성에 대한 문제점이-사람과 환경 모두에게 제기되어 왔다. 대안이 가능하지만 잡초뿐만 아니라 농작물마저 피해를 줄지도 모른다. 하지만 보다 새로운 제초제에 내성을 가진 유전자를 농작물에 도입하면서 제초제에 노출되도 살아 남을 수 있게 하였다.

 

안티센스 RNA

유전공학에서 시도하는 가장 큰 목적은 원하는 새로운 표현형을 만들도록 새로운 유전자를 도입하는 것이다. 하지만 유전자 발현을 막아야 하는 상황도 있다. 확실한 접근방법 한 가지는 억제하고자 하는 발현의 유전자 RNA 에 상보적인 RNA로 전사되는 유전자를 도입하는 것이다. 전달 RNA는 유전적으로 “센스”(sense, 의미)가 있는 것을 암호화한다. 전달 RNA의 염기서열은 동일한 유전자를 가진 DNA 의 “의미" 가닥의 염기서열과 똑같이 읽혀진다. mRNA에 대해서 상보적인 RNA를 안티센스(antisense, 무의미)라고 한다. 만약 mRNA가 안티센스 RNA와 혼성잡종을 이루면 단백질 산물로 해독될 수 없게 된다.

시장으로 운반되는 대부분의 토마토는 익기 전에 수확한 것이다. 그렇게 하지 않으면, 토마토가 합성하는 효소로 인해 소비자에게 가기도 전에 토마토가 다 상해 버릴 것이다. 상하게 하는데 관여하는 효소에 대한 mRNA에 상보적인 안티센스 RNA 를 생산함으로써 유전자 전환 토마토를 만들게 되었다. 이 유전자 전환 토마토는 보통의 10% 정도 효소만 갖는다. 이런 연구의 목적은 소비자에게 과수원에서 수확한 토마토와 똑같은 맛을 가진 토마토를 슈퍼마켓에서 공급하게 하는 것이다.

형질전환유전자를 식물체내로 도입하는 방법은 많이 있다. 식물세포는 쉽게 원하는 유전자를 가진 플라스미드 벡터에 감염될 수 있다. 뿐만 아니라 세포내로 직접 유전자를 가진 극미(極微)의 작은 덩어리를 집어 넣는 방법으로 식물세포를 형질전환시킬 수도 있다. 동물과는 달리 식물체는 체세포와 생식세포간에 진정한 차이점이 없다.

어린가지 조각을 큰 가지에 접붙이면 머지 않아서 꽃을 피우고 그것의 배우자는 원줄기의 것이 아닌 잔가지의 게놈을 갖게 될 것이다. 실험실에서 식물의 체세포 조직(예를 들면 뿌리세포)을 형질 전환시킬 수 있고 나중에 이 세포로부터 꽃을 피울 수도 있다. 모든 일이 잘 된다고 하면, 전환 유전자는 꽃가루와 난(卵)에도통합시켜 꽃을 피우고 다음 세대로 전달할 수 있을 것이다. 이런 점에서 형질전환 동물보다는 형질전환 식물체를 만들기가 훨씬 수월하다.

 

 

형질전환 동물

형질전환 동물(transgenic animal)은 클론화된 유전자를 직접 수정란의 전핵(前核)에 주입함으로써 만들 수 있다. 유전자가 성공적으로 숙주 염색체내로 통합되면 성체의 모든 세포로 전파될 수 있다. 적절한 촉진유전자(promoter)와 엔핸서(enhancer)가 포함되어 있으면, 적당한 시기에 적절한 세포에서 효율적으로 발현될 것이다. 종종 있는 경우처럼 배우자가 형질전환유전자를 갖는 경우에는 단순한 교배에 의해서도 다음 세대로 형질전환유전자가 전달될 수 있다.

형질전환 생쥐가 얼마나 가치있는 실험동물인가를 살펴보았다. 형질전환 물고기, 양, 소 등도 만들어졌다. 이상의 형질전환 소와 양은 혈액응고인자 X 에 대한 사람 유전자를 갖도록 형질전환된 것이다. 이 소와 양은 인간 유전자를 발현시키고 우유에서 혈액응고인자를 분비한다. 아마도 미래에는 소가 우유뿐만 아니라 인간을 치료할 수 있는 단백질원을 함께 생산하는 날이 올 것이다.