재조합 DNA

Recombinant DNA
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플라스미드 벡터에 외부 DNA 단편을 삽입하는 재조합 DNA 구축.이 예에서 흰색으로 표시된 유전자는 외부 DNA 단편을 삽입하면 비활성화된다.
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재조합 DNA(rDNA) 분자는 유전자 재조합의 실험실 방법에 의해 형성되는 DNA 분자로, 다른 방법으로는 게놈에서 찾을 수 없는 유전자 물질을 결합한다.

재조합 DNA는 적어도 두 개의 다른 원천에서 나온 두 개의 조각들을 결합함으로써 만들어진 DNA 조각의 총칭이다.재조합 DNA는 모든 유기체의 DNA 분자가 동일한 화학 구조를 공유하고 동일한 전체 구조 내에서 뉴클레오티드 배열에서만 다르기 때문에 가능합니다.재조합 DNA 분자는 신화 속의 키메라처럼 서로 다른 두 종의 물질로 만들어질 수 있기 때문에 키메라 DNA라고 불리기도 한다.R-DNA 기술은 회문 서열을 사용하여 끈적끈적한 끝과 뭉툭한 끝을 생산합니다.

재조합 DNA 분자의 구성에 사용되는 DNA 배열은 모든 종에서 유래할 수 있다.예를 들어 식물의 DNA가 세균 DNA에 결합되거나 사람의 DNA가 곰팡이 DNA와 결합될 수 있다.또한 자연 어디에서도 발생하지 않는 DNA 배열은 DNA의 화학적 합성에 의해 생성되어 재조합 분자에 통합될 수 있다.재조합 DNA 기술과 합성 DNA를 사용하여, 말 그대로 모든 DNA 배열을 만들어 매우 광범위한 생물 중 하나에 도입할 수 있다.

살아있는 세포 내의 재조합 DNA의 발현으로 발생할 수 있는 단백질을 재조합 단백질이라고 한다.단백질을 코드하는 재조합 DNA가 숙주 생물에 도입되었을 때, 반드시 재조합 단백질을 [1]제조할 필요는 없다.외래 단백질의 발현에는 특수한 발현 벡터의 사용이 필요하며 종종 외래 코딩 [2]시퀀스에 의한 상당한 재구성이 필요하다.

재조합 DNA는 전자가 시험관에서의 인공적인 방법에서 나온다는 점에서 유전자 재조합과 다르다. 반면 후자는 본질적으로 모든 유기체의 기존 DNA 서열을 리믹스하는 결과를 초래하는 정상적인 생물학적 과정이다.

DNA생성

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주요 기사:분자 복제

분자 복제는 재조합 [3][4][5][6]DNA를 만드는 데 사용되는 실험실 과정이다.이것은 중합효소 연쇄반응(PCR)과 함께 실험자가 선택한 특정 DNA 배열의 복제를 지시하는 데 사용되는 가장 널리 사용되는 두 가지 방법 중 하나이다.두 방법 사이에는 두 가지 근본적인 차이가 있습니다.하나는 분자 복제는 살아있는 세포 내에서 DNA의 복제를 수반하는 반면, PCR은 살아있는 세포 없이 시험관에서 DNA를 복제한다는 것이다.또 다른 차이점은 복제는 DNA 염기서열을 자르고 붙여 넣는 것을 수반하는 반면 PCR은 기존 염기서열을 복사함으로써 증폭된다는 것이다.

재조합 DNA의 형성은 살아있는 세포 내에서 복제되는 DNA 분자인 클로닝 벡터를 필요로 한다.벡터는 일반적으로 플라스미드 또는 바이러스로부터 파생되며, 복제를 위해 필요한 유전자 신호뿐만 아니라 외래 DNA 삽입, 재조합 DNA를 포함하는 세포 식별 및 적절한 경우 외래 DNA를 발현하는 데 편리한 추가 요소를 포함하는 비교적 작은 DNA 세그먼트를 나타낸다.분자 복제를 위한 벡터의 선택은 숙주 유기체의 선택, 복제할 DNA의 크기, 그리고 외래 DNA가 [7]발현되는지 여부와 방법에 따라 달라진다.DNA 세그먼트는 제한 효소/리가아제 복제 또는 깁슨 조립과 같은 다양한 방법을 사용하여 결합될 수 있습니다.

표준 클로닝 프로토콜에서 DNA 단편 복제는 기본적으로 7단계를 포함한다. (1) 숙주 생물과 클로닝 벡터의 선택, (2) 벡터 DNA의 준비, (3) 복제할 DNA의 준비, (4) 숙주 생물로의 재조합 DNA의 도입, (6) 재조합 DNA의 선택inant DNA 및 (7) 원하는 DNA 삽입 및 생물학적 [6]특성을 가진 클론을 위한 스크리닝.이러한 단계는 관련 문서(분자 복제)에 자세히 설명되어 있습니다.

DNA발현

주요 기사: 단백질 생산

숙주 생물로의 이식 후, 재조합 DNA 구성체 내에 포함된 이물질 DNA는 발현될 수도 있고 발현되지 않을 수도 있다.즉, DNA는 단순히 발현 없이 복제될 수도 있고, 전사되고 번역되어 재조합 단백질이 생성될 수도 있다.일반적으로 외래 유전자의 발현에는 숙주의 번역 장치(예: 프로모터, 번역 개시 신호 및 전사 종료자)[8]에 의해 사용될 수 있는 mRNA 분자의 생성에 필요한 배열을 포함하도록 유전자를 재구성할 필요가 있다.이소성 유전자의 발현을 개선하기 위해 숙주 생물에 대한 특이적 변화가 이루어질 수 있다.또한 번역을 최적화하고 단백질을 용해시켜 재조합 단백질을 적절한 세포 또는 세포외 위치로 유도하고 [9][10][11]분해로부터 단백질을 안정시키기 위해 부호화 배열에도 변화가 필요할 수 있다.

재조합 DNA를 포함하는 유기체의 특성

대부분의 경우, 재조합 DNA를 포함하는 유기체는 명백히 정상적인 표현형을 가지고 있다.즉, 이들의 외관, 행동 및 신진대사는 보통 변하지 않으며, 재조합 배열의 존재를 증명할 수 있는 유일한 방법은 일반적으로 중합효소 연쇄반응([12]PCR) 테스트를 사용하여 DNA 자체를 검사하는 것입니다.다음과 같은 중요한 예외가 있습니다.

rDNA 배열이 발현되는 유전자를 부호화하면 전형적으로 RT-PCR 또는 서양의 교배 방법을 사용하여 [12]재조합 유전자의 RNA 및/또는 단백질 생성물의 존재를 검출할 수 있다.유전자 재조합이 숙주 [13]생물에서 생물학적 활성을 생성하도록 선택 및 수정되지 않는 한 총 표현형 변화는 표준이 아니다.조우하는 추가적인 표현형에는 특히 부적절한 세포나 조직 내에서 과잉 발현되거나 발현되는 경우 유전자 재조합 생성물에 의해 유도되는 숙주에 대한 독성이 포함된다.

어떤 경우에, 재조합 DNA는 발현되지 않더라도 해로운 영향을 미칠 수 있다.이것이 일어나는 메커니즘 중 하나는 rDNA가 숙주 세포의 유전자에 삽입되는 삽입 불활성화이다.어떤 경우에, 연구원들은 이 현상을 유전자의 생물학적 [14]기능과 중요성을 결정하기 위해 유전자를 "녹아웃"하기 위해 사용한다.염색체 DNA로의 rDNA 삽입이 유전자 발현에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 메커니즘은 이전에 발현되지 않은 숙주 세포 유전자의 부적절한 활성화이다.예를 들어 활성 프로모터를 포함하는 재조합 DNA 조각이 이전에 침묵했던 숙주 세포 유전자 옆에 위치하거나 유전자 발현을 억제하는 기능을 하는 숙주 세포 유전자가 재조합 DNA에 의해 삽입 불활성화를 겪을 때 발생할 수 있다.

재조합 DNA의 응용

재조합 DNA는 생명공학, 의학, 연구에 널리 사용된다.오늘날, DNA 기술의 사용으로 인한 재조합 단백질과 다른 제품들은 기본적으로 모든 서양의 약국, 의사 또는 수의사 사무실, 의학 실험실, 그리고 생물학 연구실에서 발견됩니다.게다가, 유전자 변형 DNA 기술을 사용하여 조작되어 온 유기체들은 많은 농장, 슈퍼마켓, 가정용 약장, 그리고 심지어 GloFish와 다른 유전자 변형 동물들을 파는 애완동물 가게까지 진출했다.

재조합 DNA의 가장 일반적인 적용은 기초 연구에서 이루어지는데, 이 연구에서 기술은 생물 및 생물의학 [12]과학에서 대부분의 현재 연구에 중요하다.재조합 DNA는 유전자를 식별하고, 지도화하고, 배열하고, 그 기능을 결정하기 위해 사용된다.rDNA 탐침은 개별 세포 내 및 전체 유기체의 조직 전체에 걸쳐 유전자 발현을 분석하는데 사용된다.재조합 단백질은 실험실 실험에서 시약으로 널리 사용되며 세포 및 유기체 [4]내에서 단백질 합성을 검사하기 위한 항체 프로브를 생성하기 위해 사용된다.

재조합 DNA의 많은 추가적인 실용적 응용이 산업, 식품 생산, 인간과 수의학, 농업, 그리고 생물 [4]공학에서 발견됩니다.몇 가지 구체적인 예를 다음에 제시하겠습니다.

재조합 키모신
레넷에서 발견되는 키모신은 치즈를 만드는 데 필요한 효소이다.그것은 상업적으로 사용되는 최초의 유전자 조작 식품 첨가물이었다.전통적으로 가공업자들은 젖을 먹인 송아지의 네 번째 위에서 유래한 제제인 레넷으로부터 키모신을 얻었다.과학자들은 이 효소의 대규모 실험실 생산을 위해 비병원성 대장균 변종(K-12)을 개발했습니다.송아지 유래 효소와 구조적으로 동일한 미생물학적으로 생산된 이 재조합 효소는 비용이 적게 들고 풍부한 양으로 생산된다.오늘날 미국 하드 치즈의 약 60%가 유전공학으로 만들어진 키모신입니다.1990년 FDA는 효소가 [15]안전하다는 것을 보여주는 데이터를 바탕으로 키모신에게 "일반적으로 안전하다고 인식됨" (GRAS) 지위를 부여했다.
인간 인슐린 재조합
인슐린 의존성 당뇨병 치료를 위해 동물원(예: 돼지 및 소)에서 얻은 인슐린을 거의 완전히 대체했다.다양한 재조합 인슐린 제제가 널리 [16]사용되고 있다.인간 인슐린 유전자를 대장균, 즉 효모(Saccharomyces cerevisiae)에 삽입하여 재조합 인슐린을 합성하고, 이 효모([18]Saccharomyces cerevisiae)[17]는 인간 사용을 위한 인슐린을 생산한다.
인간재조합성장호르몬(HGH, 소마토트로핀)
뇌하수체가 정상적인 성장과 발달을 지원하기에 충분한 양을 생성하지 못하는 환자에게 투여됩니다.재조합 HGH가 사용 가능해지기 전에 치료용 HGH는 사체의 뇌하수체에서 얻어졌다.이러한 안전하지 않은 관행은 일부 환자들에게 크로이츠펠트-야콥병을 유발했다.재조합 HGH는 이 문제를 제거하여 현재 [19]치료에 사용되고 있습니다.그것은 또한 운동선수들과 [20]다른 사람들에 의해 경기력 향상 약물로 오용되어 왔다.DrugBank 엔트리
재조합혈전인자VII
정상적인 혈액 [21]응고를 지원하기에 충분한 양의 인자 VII를 생성할 수 없는 출혈성 혈우병 환자에게 투여되는 혈액 응고 단백질.재조합 인자 VII가 개발되기 전에는 HIV 및 B형 간염과 같이 혈액에 의한 감염성 질환의 전염 위험이 매우 높은 여러 기증자로부터 대량의 혈액을 처리하여 단백질을 얻었다.DrugBank 엔트리
재조합 B형 간염 백신
B형 간염은 효모세포에서 생성되는 B형 간염 바이러스 표면 항원의 형태를 포함하는 재조합 B형 간염 백신을 사용하여 제어된다.B형 간염 바이러스는 소아마비 바이러스 등 일반적인 바이러스와 달리 체외에서 배양할 수 없기 때문에 재조합 서브유닛 백신의 개발은 중요하고 필요한 발전이었다.B형 간염 재단의 백신 정보
HIV 감염 진단
HIV 감염을 진단하기 위해 널리 사용되는 세 가지 방법 각각은 재조합 DNA를 사용하여 개발되었습니다.항체 테스트(ELISA 또는 웨스턴 블롯)는 인체에서 HIV 감염에 반응하여 생성된 항체의 존재를 테스트하기 위해 재조합 HIV 단백질을 사용합니다.DNA 검사는 역전사 중합효소 연쇄반응(RT-PCR)을 이용해 HIV 유전물질의 존재를 찾아낸다.RT-PCR 테스트의 개발은 HIV 게놈의 분자 복제와 배열 분석에 의해 가능해졌다.미국 질병통제센터(CDC)의 HIV 테스트 페이지
황금밥
β-카로틴 [13]생합성을 담당하는 효소를 발현하도록 설계된 재조합 품종 쌀.이 쌀의 종류는 세계 [22]인구의 비타민 A 결핍 발생률을 감소시키는데 상당한 가능성을 가지고 있다.규제와 지적재산권[23] 문제가 해결될 때까지 황금쌀은 현재 사용되지 않고 있다.
제초제 내성 작물
제초제 글리포세이트(상표명 Roundup)에 대한 내성을 초래하고 글리포세이트 [24]적용에 의한 잡초 관리를 단순화하는 재조합 유전자를 포함한 중요한 농작물(콩, 옥수수/옥수수, 수수, 유채, 알팔파 및 면화 포함)의 상업적 품종이 개발되었다.이 작물들은 여러 나라에서 일반적으로 상업적으로 사용되고 있다.
방충 작물
바실러스 튀링게이엔시스는 살충성을 [22]가진 단백질(Bt독소)을 자연적으로 생성하는 세균이다.이 박테리아는 수년 동안 방충 전략으로 농작물에 적용되어 왔으며, 농업과 정원 가꾸기에 널리 채택되어 왔다.최근, 몇몇 곤충 포식자들을 효과적으로 통제할 수 있는 박테리아 단백질의 재조합 형태를 나타내는 식물들이 개발되었습니다.유전자 변형 작물의 사용과 관련된 환경 문제는 완전히 [25]해결되지 않았다.

역사

재조합 DNA의 아이디어는 교수의 대학원생인 피터 롭번이 처음 제안했다.스탠포드 [26]의과대학 생화학과의 데일 카이저입니다재조합 DNA의 성공적인 생산과 세포 내 복제를 설명하는 첫 번째 출판물은 1972년과 1973년에 스탠포드와 [27][28][29][30]UCSF에서 나왔다.1980년 스탠포드 생화학과의 교수이자 최초의 논문 중 하나인 폴 버그는 "특히 재조합 DNA에 관한 연구"로 노벨 화학상을 수상했다.베르너 아르버, 해밀턴 스미스, 다니엘 나탄스는 rDNA 기술의 기술을 향상시킨 제한 핵산 분해 효소의 발견으로 1978년 노벨 생리의학상을 공동 수상했다.

스탠퍼드대는 1974년 재조합 DNA에 대한 미국 특허를 출원해 발명가를 허버트 W로 등재했다. 보이어(샌프란시스코 캘리포니아 대학 교수)와 스탠리 N. Cohen(Stanford University 교수), [31]이 특허는 1980년에 수여되었습니다.재조합 DNA 기술을 사용하여 생성된 최초의 허가된 약은 Genentech가 개발하고 Eli Lilly와 Company가 [32]허가한 인간 인슐린이었다.

논란

재조합 DNA 방법의 초기 개발과 관련된 과학자들은 재조합 DNA를 포함하는 유기체가 바람직하지 않거나 위험한 특성을 가질 가능성이 존재함을 인정했다.1975년 Asilomar Conference on Rebinant DNA에서 이러한 우려가 논의되었고 특히 위험하다고 여겨지는 실험에 대한 자발적인 재조합 DNA 연구의 모라토리엄이 시작되었다.이 모라토리엄은 미국 국립보건원(USA)이 rDNA 작업에 대한 공식 지침을 개발하고 발표하기 전까지 널리 지켜졌습니다.오늘날, 재조합 DNA 분자와 재조합 단백질은 보통 위험하다고 여겨지지 않는다.그러나 재조합 DNA를 발현하는 일부 유기체, 특히 연구실을 떠나 환경이나 먹이사슬에 도입되는 유기체에 대한 우려는 여전하다.이러한 우려는 유전자 조작 유기체와 유전자 조작 식품 논쟁에 관한 기사에서 논의되고 있다.또한, 재조합 DNA가 특정 단백질 생성물을 낳는 생물 의약품 생산의 부산물에 대한 우려도 있다.숙주 세포 단백질이라고 불리는 주요 부산물은 숙주 발현 시스템에서 나오고 환자의 건강과 전반적인 환경에 [33][34]위협을 가합니다.

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레퍼런스

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추가 정보

외부 링크

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