유전자 조작 박테리아

Genetically modified bacteria
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유전공학
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유전자 조작 생물
역사와 규정
과정
적용들
논쟁

유전자 조작 박테리아는 단순한 [1]유전학 때문에 실험실에서 변형된 최초의 유기체였다.이 유기체들은 현재 여러 가지 목적으로 사용되고 있으며,[2] 특히 의학에 사용되는 많은 양의 순수한 인간 단백질을 생산하는 데 중요하다.

역사

이것의 첫 번째 예는 1978년 캘리포니아 대학 연구실에서 일하던 허버트 보이어가 인간 인슐린 유전자의 버전을 가지고 합성 "인간" 인슐린을 만들기 위해 대장균에 삽입했을 때 발생했다.4년 후, 그것은 미국 식품의약국에 의해 승인되었다.

조사.

왼쪽 : 주변광에서 pGLO로 변형된 세균 오른쪽 : 자외선 아래에서 pGLO로 변형된 세균

박테리아는 염색체를 [3]수정하는 것이 비교적 쉽기 때문에 실험실에서 유전적으로 변형된 최초의 유기체였다.이러한 용이성은 그들을 다른 유전자변형농산물을 만드는 중요한 도구로 만들었다. 다양한 유기체의 유전자와 다른 유전 정보는 플라스미드에 추가될 수 있고 저장과 수정을 위해 박테리아에 삽입될 수 있다.박테리아는 값이 싸고, 생육이 쉽고, 복제되고, 증식이 빠르고, 비교적 변형이 쉬우며, 거의 무기한 -80°C에서 저장될 수 있습니다.일단 유전자가 분리되면 그것은 박테리아 안에 저장될 수 있고,[4] 연구를 위한 무한한 공급을 제공한다.많은 수의 맞춤형 플라스미드는 박테리아에서 추출된 DNA를 비교적 [5]쉽게 조작할 수 있게 한다.

이것의 사용 편의성은 유전자 기능과 진화를 연구하는 과학자들에게 좋은 도구가 되었다.대부분의 DNA 조작은 다른 숙주로 옮겨지기 전에 박테리아 플라스미드 안에서 일어난다.박테리아는 가장 단순한 모델 유기체이고 분자 생물학에 대한 우리의 초기 이해의 대부분은 [6]대장균을 연구하는 것에서 나온다.과학자들은 박테리아의 유전자를 쉽게 조작하고 결합해 새로운 단백질이나 파괴된 단백질을 만들고 이것이 다양한 분자 시스템에 미치는 영향을 관찰할 수 있다.연구자들은 박테리아와 고세균의 유전자를 결합해 이 두 가지가 [7]과거에 어떻게 분리됐는지에 대한 통찰력을 이끌어냈다.합성생물학 분야에서, 그것들은 게놈 합성에서부터 새로운 뉴클레오티드를 [8][9][10]만드는 것까지 다양한 합성 접근법을 테스트하는데 사용되어 왔다.

음식.

박테리아는 오랫동안 식품 생산에 사용되어 왔고, 산업적인 규모로 특정 변종이 개발되고 선택되었습니다.그것들은 효소, 아미노산, 향미료, 그리고 식품 생산에 사용되는 다른 화합물들을 생산하는 데 사용될 수 있다.유전공학의 출현과 함께, 새로운 유전자 변화가 이 박테리아에 쉽게 도입될 수 있다.대부분의 음식물을 생산하는 박테리아는 젖산균이며, 이것은 유전자 조작으로 음식을 생산하는 박테리아에 대한 대부분의 연구가 이루어진 곳이다.박테리아는 보다 효율적으로 작동하고, 독성 부산물 생산을 줄이고, 생산량을 늘리고, 개선된 화합물을 만들고, 불필요한 [11]경로를 제거하기 위해 수정될 수 있습니다.유전자 조작 박테리아로부터의 식품은 녹말을 단당으로 변환하는 알파-아밀라아제, 치즈를 만들기 위해 우유 단백질을 응집시키는 키모신, 과일 주스 [12]투명도를 향상시키는 펙틴에스테라아제를 포함한다.


치즈 속

키모신은 젖을 소화하기 위해 어린 반추동물의 위에서 생성되는 효소이다.치즈 제조에는 효소를 통한 우유 단백질의 소화가 필수적이다.대장균과 서브틸리스균은 키모신을 [13]합성하고 배출하기 위해 유전공학적으로 만들어질 수 있어 보다 효율적인 생산수단을 제공한다.키모신을 합성하기 위해 박테리아를 사용하는 것은 또한 치즈 제조의 채식적인 방법을 제공하는데, 이전에는 어린 반추동물(일반적으로 송아지)을 위벽에서 효소를 추출하기 위해 도축해야 했다.

산업의

유전자 조작 박테리아는 산업용으로 많은 양의 단백질을 생산하기 위해 사용된다.일반적으로 단백질을 코드하는 유전자가 활성화되기 전에 세균을 대량으로 배양한다.그런 다음 박테리아를 채취하고 원하는 단백질을 [14]정제합니다.추출과 정제 비용이 높기 때문에 고부가가치 제품만 산업 [15]규모로 생산되고 있습니다.

의약품 생산

박테리아로부터 나오는 대부분의 공산품은 약에 사용되는 [16]인간 단백질이다.이 단백질들 중 다수는 자연적 방법으로 얻기가 불가능하거나 어려우며 병원균에 오염될 가능성이 낮아 더 [14]안전하다.재조합 단백질 제품 이전에는 여러 가지 치료법이 시체나 다른 기증된 체액에서 파생되어 [17]질병을 옮길 수 있었다.실제로, 혈액제제의 수혈은 이전에 HIV나 C형 간염에 의한 혈우병 환자의 의도하지 않은 감염으로 이어졌다. 마찬가지로, 사체 뇌하수체에서 유래한 인간 성장 호르몬을 통한 치료는 크로이츠펠트-야콥병의 [17][18]발생으로 이어질 수 있다.

유전자 변형 박테리아는 [19]당뇨병을 치료하기 위한 단백질 인슐린을 생산하기 위해 처음으로 의학적 용도로 사용되었습니다.생산되는 다른 약품들은 [20]혈우병을 치료하기 위한 응고인자, 다양한 형태의 [21][22]왜소증을 치료하기 위한 인간 성장호르몬, 일부 암을 치료하기 위한 간섭인자, 빈혈 환자를 위한 에리트로포이에틴, 그리고 [14]혈전을 용해시키는 조직 플라스미노겐 활성인자를 포함한다.의약품 이외에도 바이오 [23]연료를 생산하기 위해 사용되어 왔다.비용을 절감하고 [15]더 많은 제품의 생산을 경제적으로 만들기 위해 박테리아 내에서 세포외 발현 시스템을 개발하는 것에 관심이 있다.

헬스

마이크로바이옴이 인간의 건강에 미치는 역할을 더 잘 이해함으로써, 박테리아 자체를 치료제로 유전적으로 변화시킴으로써 질병을 치료할 수 있는 가능성이 있다.아이디어에는 장내 박테리아가 해로운 박테리아를 파괴하도록 바꾸거나 부족한 효소나 단백질을 대체하거나 증가시키기 위해 박테리아를 사용하는 것이 포함된다.한 가지 연구의 초점은 자연적으로 HIV에 대해 어느 정도 보호를 제공하는 박테리아인 유산균을 이 [24]보호를 더욱 강화할 유전자로 수정하는 것이다.일반적으로 충치를 일으키는 박테리아는 더 이상 충치를 일으키는 [25]젖산을 생성하지 않도록 고안되었다.이러한 유전자 변형 박테리아가 사람의 입안에 정착하도록 허용된다면,[26] 충치의 형성을 줄일 수 있을 것이다.트랜스제닉 미생물은 또한 종양을 죽이거나 막거나 크론병을 [27]퇴치하기 위해 최근 연구에 사용되어 왔다.

만약 그 세균이 환자 내부에서 집락을 형성하지 않는다면, 그 사람은 필요한 양을 얻기 위해 변형된 박테리아를 반복적으로 섭취해야 한다.박테리아가 군집을 형성할 수 있도록 하는 것은 보다 장기적인 해결책을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 박테리아와 인체 간의 상호작용이 전통적인 약물에 비해 잘 알려져 있지 않기 때문에 안전에 대한 우려도 제기할 수 있다.

이러한 중간물질의 한 예는 위장관에서 단기 집락을 형성할 뿐이며, Lactobacillus Acidophilus MPH734가 있을 수 있다.이것은 유당불내증 치료에 특효약으로 사용된다.이 유전자 변형된 유산균 애시드필러스 박테리아는 유제품이나, 더 일반적으로, 유제품과 함께 준비된 음식에서 발견되는 유당의 소화를 위해 사용되는 락타아제라고 불리는 누락된 효소를 생성한다.단기 콜로니는 1주간의 21필 치료법에 따라 유도되며, 그 후, 일시적인 콜로니는 락타아제를 3개월 이상 생산한 후 자연적 과정을 통해 몸에서 제거될 수 있습니다.유도 요법은 유당불내증 증상으로부터 보호를 유지하기 위해 필요한 만큼 자주 반복될 수 있으며, 원래 증상의 재발을 제외하고 아무런 결과 없이 중단될 수 있다.

다른 박테리아에 대한 수평적 유전자 이동이 알려지지 않은 영향을 미칠 수 있다는 우려가 있다.2018년 현재 이러한 [24]치료제의 효과와 안전성을 테스트하는 임상시험이 진행 중이다.

농업

한 세기 이상 동안 박테리아가 농업에 사용되어 왔다.농작물은 생산을 늘리거나 원래 서식지에서 자라도록 하기 위해 뿌리 공포증(그리고 최근에는 아조스피룸)을 접종했다.바실러스 튜링기엔시스(Bt)와 다른 박테리아를 바르면 농작물의 병충해와 식물병해로부터 농작물을 보호할 수 있다.유전자 공학이 발전함에 따라, 이 박테리아들은 효율을 높이고 숙주의 범위를 넓히기 위해 조작되었다.또한 세균의 확산을 추적하는 데 도움이 되는 표식도 추가되었다.특정 작물을 자연적으로 군생시키는 박테리아는 또한 몇몇 경우에 해충의 저항성에 책임이 있는 Bt 유전자를 발현시키기 위해 수정되었다.슈도모나스 균주는 물을 핵으로 만들어 주변의 얼음 결정체에 서리 피해를 입힌다.이것은 얼음 형성 유전자가 제거된 얼음-마이너스 박테리아를 발전시켰다.작물에 적용하면 얼음과 박테리아와 경쟁할 수 있고 서리에도 [28]어느 정도 내성이 생깁니다.

이 작품은 8가지 색상의 형광단백질을 표현하기 위해 박테리아를 변형하여 제작되었습니다.

기타 용도

유전자 변형 박테리아에 대한 다른 용도로는 박테리아가 오염 물질을 덜 독성이 있는 형태로 바꾸기 위해 사용되는 생물적 매개가 있다.유전자 공학은 독소를 분해하거나 환경 [29]조건 하에서 박테리아를 더 안정적으로 만드는 데 사용되는 효소의 수치를 증가시킬 수 있다.GM 박테리아는 또한 [30]광석에서 구리를 침출하고, 수은[31] 오염을 정화하며,[32] 먹는 물에서 비소를 검출하기 위해 개발되었다.바이오아트는 또한 유전자 변형 박테리아를 사용하여 만들어졌다.1980년대에 예술가 조 데이비스와 유전학자 다나 보이드는 여성성에 대한 게르만 기호( for)를 이진 코드로 변환한 후 DNA 배열로 변환했는데,[33] 이는 대장균으로 표현되었다.이것은 2012년에 한 걸음 더 나아가서,[34] 책 전체가 DNA에 암호화되었다. 또한 그림은 형광 [33][35][36]단백질로 변형된 박테리아를 사용하여 제작되었다.

박테리아 합성 트랜스제닉 제품

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