진건

Gene gun
PDS-1000/He 입자 전달 시스템

유전자 공학에서, 유전자 총 또는 생물학적 입자 전달 시스템은 세포에 외인성 DNA, RNA 또는 단백질을 전달하기 위해 사용되는 장치이다.주목 유전자로 중금속 입자를 피복하고 이들 미세발사체를 기계적 힘으로 세포에 발사함으로써 원하는 유전정보의 통합을 원하는 세포에 도입할 수 있다.DNA의 미세 발사체 전달과 관련된 기술은 종종 생물학이라고 [1]불린다.

이 장치는 거의 모든 종류의 세포를 변형시킬 수 있고 핵의 변형에만 국한되지 않습니다; 또한 플라스티드와 미토콘드리아를 [2]포함한 세포기질도 변형시킬 수 있습니다.

유전자 건은 세포에 외인성 DNA를 전달하기 위해 사용된다.이 방법은 '생물학'으로 알려져 있다.유전자 총은 대부분의 세포에 효과적으로 사용될 수 있지만 주로 식물 세포에 사용된다.1단계 유전자총 장치는 발사 준비가 되었다.2단계 헬륨은 챔버를 채우고 파열 디스크에 대한 압력이 높아집니다.3단계 압력은 결국 파열 디스크가 부서지는 지점까지 도달하고, 그 결과 헬륨이 폭발하면서 DNA/금 코팅 매크로 캐리어('플라스틱 디스크')가 정지 스크린 안으로 추진된다.4단계 매크로캐리어가 정지화면에 닿으면 DNA 코팅된 금 입자가 스크린을 통과해 표적 세포로 보내진다.

유전자 건 설계

유전자 총은 원래 고밀도 텅스텐 입자를 발사하도록 개조된 크로스먼 공기 권총이었다.그것은 1983년에서 1986년 사이에 듀폰의 테드 클라인과 함께 코넬 대학의[3][4][5] 존 C 샌포드, 에드 울프, 넬슨 알렌에 의해 발명되었다.원래 표적은 양파였고, 그 장치는 DNA 전사체의 적절한 삽입이 [6]일어나면 신호를 전달하는 마커 유전자로 코팅된 입자를 전달하는데 사용되었다.유전자 변형은 양파 세포 내에서 마커 유전자의 관찰된 발현에 의해 입증되었다.

최초의 맞춤형 유전자 총은 22구경 네일건 카트리지를 사용하여 폴리에틸렌 실린더(총알)를 22구경 더글라스 총신 아래로 밀어냈다.유전자 물질로 코팅된 텅스텐 가루의 한 방울이 탄환 위에 올려져 아래의 페트리 접시에 떨어졌다.총알은 페트리판 아래 원반에 용접됐고 유전자 물질은 주변 변형이 잘 된 고리로 표본 중간에서 파괴를 수반하는 도넛 효과로 표본에 폭발했다.그 총은 진공 펌프에 연결되어 있었고 발사하는 동안 진공 상태에 놓여 있었다.초기 디자인은 Rumsey-Loomis(당시 미국 뉴욕주 이타카에 있는 메클렌버그 로드의 지역 기계 공장)에 의해 한정 생산되었습니다.

Biolistics, Inc.는 샘플 조직의 손상을 최소화하기 위해 헬륨을 비폭발 추진제 및 다중 디스크 충돌 전달 메커니즘으로 사용하는 등 개선된 장치를 제조 및 유통할 수 있는 권리를 Dupont에 매각했습니다.금, 은 등 다른 중금속도 텅스텐 발사체 [7]운반체에 비해 세포독성이 낮기 때문에 금을 선호하는 유전물질을 공급하는 데 사용된다.

생물 구조 설계

생물학적 변환은 DNA의 기능적인 단편(DNA 구성체라고 알려진)을 표적 세포에 통합하는 것을 포함한다.유전자 구조는 표적 [8][page needed]생물 내에서 적절한 발현을 위해 필요한 모든 조절 요소를 포함하는 DNA 카세트이다.유전자 구조는 변환 절차의 바람직한 결과에 따라 설계에서 달라질 수 있지만, 모든 구조는 전형적으로 프로모터 배열, 터미네이터 배열, 관심 유전자 및 리포터 유전자를 포함한다.

주최자:

프로모터는 유전자 발현 위치와 크기를 조절하고 유전자의 [8][page needed]핸들과 가속 페달 역할을 한다.프로모터는 DNA 구성에 관심 있는 유전자보다 앞서며, 실험실 설계를 통해 트랜스젠 발현을 미세 조정하도록 변경될 수 있습니다.콜리플라워 모자이크 바이러스의 35S 프로모터는 [9]식물 내에서 견고한 구성 유전자 발현을 초래하는 일반적으로 사용되는 프로모터의 한 예입니다.

터미네이터:

터미네이터 배열은 적절한 유전자 발현에 필요하며 DNA 구성 내에서 관심 유전자의 코드 영역 뒤에 배치된다.생물학적 변환의 공통 터미네이터는 아그로박테륨 투메파시엔스에서 유래한 NOS 터미네이터입니다.유전자 조작 식물에서 이 터미네이터를 사용하는 빈도가 높기 때문에 허가되지 않은 GE [10]작물을 감시하기 위해 식량 공급 내에서 그것의 존재를 감지하는 전략이 개발되었습니다.

리포터 유전자:

선택 가능한 마커를 코드하는 유전자는 DNA 구성체 내의 공통 요소이며 적절하게 변환된 세포를 선택하기 위해 사용된다.선택 가능한 마커는 변형되는 종에 따라 달라지지만, 전형적으로 카나마이신, 하이그로마이신 B,[11][12][13] 글리포세이트와[8][page needed] 같은 특정 제초제나 항생제에 대한 해독 능력을 세포에 부여하는 유전자가 될 것입니다.

기타 요소:

DNA구조의 선택적 구성요소는 표적 [14]게놈에서 해당구조를 제어할 수 있는 cre-lox 배열과 같은 요소를 포함한다.이러한 요소는 관심의 주요 유전자와 함께 특수 기능을 수행하기 위해 구성 개발자에 의해 선택됩니다.

어플

유전자 총은 대부분 식물 세포와 함께 사용된다.하지만, 인간과 다른 동물들에게도 많은 잠재적 용도가 있다.

식물

유전자 총의 표적은 종종 분화되지 않은 식물 세포의 굳은살이나 페트리 접시의 젤 배지에서 자라는 미성숙한 배아 그룹입니다.DNA 코팅된 금 입자가 세포에 전달된 후, DNA는 전사(과도적 발현)를 위한 템플릿으로 사용되며 때로는 식물 염색체('안정적' 변환)로 통합된다.

전달된 DNA구조에 선택 가능한 마커가 포함되어 있으면 조직배양법을 사용하여 안정적으로 형질전환된 세포를 선택하여 배양할 수 있다.예를 들어 전달된 DNA구성이 항생제 또는 제초제에 대한 내성을 부여하는 유전자를 포함하고 있는 경우에는 조직배지에 항생제 또는 제초제를 포함시킴으로써 안정적으로 형질전환된 세포를 선택할 수 있다.

변형된 세포는 옥신이나 지베렐린과 같은 일련의 식물 호르몬으로 처리될 수 있으며, 각각은 식물 전체의 조직화된, 전문화된 조직 세포로 분열되고 분화할 수 있다.이 전체 재생성 기능을 전체 능력이라고 합니다.성공적으로 변형된 세포에서 유래한 새로운 식물은 유전될 수 있는 새로운 특성을 가질 수 있다.유전자 총의 사용은 식물 세포에 DNA를 삽입하기 위해 아그로박테륨 투메파시엔스와 그 Ti 플라스미드를 사용하는 것과 대조될 수 있다.다른 종의 다양한 변환 방법은 변환을 참조하십시오.

인간과 다른 동물들

유전자 총은 또한 DNA 백신을 전달하는데 사용되어 왔다.

유전자 총, 특히 DRG 뉴런의 사용을 통한 쥐 뉴런으로의 플라스미드의 전달은 또한 알츠하이머병과 같은 신경변성 질환의 영향을 연구하는데 있어서 약리학적 선구자로 사용된다.

유전자 총은 배양된 조직의 세포 서브셋에 라벨을 붙이는 일반적인 도구가 되었다.형광단백질을 코드하는 DNA 플라스미드로 세포를 감염시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유전자 총은 [15]세포에 다양한 필수 염료를 전달하도록 적응될 수 있다.

유전자 총의 폭격은 또한 미세주입의 [16]대안으로 케노하브디스를 변형시키는 데 사용되어 왔다.

이점

생물학은 유전자 변형의 다목적 방법임이 입증되었으며 일반적으로 곡물과 같은 변형 방지 작물을 설계하는 데 선호된다.특히, BT 옥수수는 [8][page needed]생물학의 산물이다.플라스티드 변환은 또한 아그로박테륨 매개 변환과 같은 다른 현재의 기술에 비해 입자 충격으로 큰 성공을 거두었는데, 아그로박테륨 매개 변환은 엽록체에 [8][page needed][17]대한 벡터를 목표로 하고 안정적으로 발현하는 데 어려움을 겪고 있다.또한 엽록체가 유전자 [18]총으로 삽입된 트랜스유전자를 침묵시킨다는 보고는 없다.게다가, 유전자 총을 한 번만 발사하는 것으로, 숙련된 기술자는 특정 [17]종에서 두 개의 변형된 유기체를 생성할 수 있다.이 기술은 많은 수의 세포를 손상시키고 조직의 모든 세포가 아닌 일부 세포만 변형시킬 수 있지만, 특정 조직의 [19]변형을 허용했다.

제한 사항

생물학은 표적 세포에 DNA를 무작위로 도입한다.따라서 DNA는 핵, 미토콘드리아, 플라스미드 또는 다른 어떤 조합이든 세포에 존재하는 게놈이 무엇이든 간에 변형될 수 있다. 그러나 적절한 구조 설계는 이를 완화시킬 수 있다.DNA 구조의 여러 템플릿의 전달과 통합은 명확한 가능성이며, 그 결과 [8][page needed]삽입된 유전자의 잠재적 가변 발현 수준과 복사 번호가 발생한다.이것은 다른 구조에서 유전 물질을 주고받을 수 있는 구조물이 있기 때문에 어떤 것은 트랜스젠을 운반하지 않고 다른 것은 여러 개의 복사본을 운반합니다. 삽입되는 복사본의 수는 삽입된 구조물이 가진 트랜스젠의 복사본의 수와 [8][page needed]삽입된 복사본의 수에 따라 달라집니다.또한, 진핵생물 구조는 유전자 배열이 유사하지 않고 유전자에 통합되는 과정인 불법 재조합에 의존하기 때문에, 유전자가 게놈 편집 시약과 함께 전달되지 않는 한 [8][page needed]유전체 내의 특정 위치를 목표로 삼을 수 없습니다.

레퍼런스

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추가 정보

외부 링크