분자 유전학

Molecular genetics

분자 유전학은 DNA 분자의 구조나 발현에서의 차이가 유기체 간의 변이로 어떻게 나타나는지를 다루는 생물학의 하위 분야이다.분자 유전학은 종종 유전자 [1][2]검사를 사용하여 유기체의 게놈에서 유전자의 구조 및/또는 기능을 결정하기 위해 "조사적 접근법"을 적용한다.연구 분야는 생물학에서 몇 가지 하위 분야인 고전 멘델 유전, 세포 생물학, 분자 생물학, 생화학, 생명 공학이 합쳐진 것에 기초하고 있습니다.연구자들은 유전자에서 돌연변이를 찾거나 유전자에서 돌연변이를 유도하여 유전자 서열을 특정 표현형과 연결시킨다.분자 유전학은 돌연변이를 유전적 조건과 연결시키는 강력한 방법론으로서 다양한 유전 질환의 치료/조직을 찾는 데 도움을 줄 수 있습니다.

역사

분자 유전학이 하나의 학문으로 발전하기 위해서는 몇 가지 과학적 발견이 필요했다.한 세포에서 다른 세포로, 그리고 세대 간에 생명의 유전 코드를 전달하기 위한 수단으로서의 DNA의 발견은 유전에 책임이 있는 분자를 확인하는 데 필수적이었다.분자 유전학은 처음에 박테리아에 유전자 변형을 수반하는 연구로부터 생겨났다.1944년 에이버리, 맥레오드, 맥카시는[3] 치명적인 변종성 폐렴으로부터 DNA를 분리했고, 이 DNA만을 사용하여 무해한 변종을 독성으로 바꿀 수 있었다.그들은 박테리아에 의한 DNA의 흡수, 통합, 발현을 "변환"이라고 불렀다.이 발견은 DNA가 박테리아의 유전 물질이라는 것을 암시했다.1944년 발견된 이래 인간에게 [4]병원성을 가진 많은 종을 포함한 수많은 박테리아 종에서 유전자 변형이 일어나는 것으로 밝혀졌다.세균의 형질전환은 종종 스트레스 조건에 의해 유발되며, 형질전환의 기능은 게놈 [4]손상의 회복으로 보인다.

파지 그룹은 약 1945년부터 1970년까지 [5]분자 유전학과 분자 생물학의 기원에 실질적으로 기여한 막스 델브뤼크를 중심으로 한 생물학자들의 비공식 네트워크였다.이 파지 그룹은 실험 모델 유기체로 사용된 박테리아 감염 바이러스인 박테리오파지에서 이름을 따왔다.이 그룹과 관련된 분자 유전학자들의 연구는 유전자 암호화 단백질이 DNA 복제, DNA 복구 및 DNA 재조합에서 어떻게 기능하는지, 그리고 바이러스가 단백질과 핵산 성분으로부터 어떻게 조립되는지에 대한 현재의 이해에 기여했다.또한, 연쇄 종단 코돈의 역할이 설명되었습니다.주목할 만한 연구는 시드니 브레너와 협력자들이 박테리오파지 T4의 주요 [6]머리 단백질을 코드하는 유전자에 결함이 있는 호박 돌연변이를 사용하여 수행되었다.이 연구는 암호화된 폴리펩타이드와 유전자의 공동 선형성을 보여주었고, 따라서 단백질의 아미노산 배열이 단백질을 결정하는 유전자의 뉴클레오티드 배열에 의해 특정된다는 "서열 가설"에 대한 강력한 증거를 제공했다.

왓슨크릭은 분자 [7]유전학의 초석인 DNA의 구조를 알아냈다.1969년 Arber와 Linn에 의해 대장균에서 제한핵산가수분해효소가 분리되면서 유전공학 [8]분야가 열렸다.제한 효소는 전기영동에 의한 분리를 위해 DNA를 선형화하기 위해 사용되었으며, Southern Bloting하이브리드화 프로브[9][10]통해 특정 DNA 세그먼트의 식별을 가능하게 했다.1971년, 버그는 제한 효소를 이용하여 최초의 재조합 DNA 분자와 최초의 재조합 DNA 플라스미드[11]만들었다.1972년 코헨과 보이어는 재조합 DNA 플라스미드를 대장균에 삽입함으로써 최초의 재조합 DNA 유기체를 만들었고, 이는 현재 박테리아 형질전환으로 알려져 있으며,[12] 분자 복제의 길을 열었다.1970년대 후반 맥삼과 길버트, 그리고 프레데릭 생어에 의한 DNA 염기서열 분석 기술의 개발은 분자 유전 연구에 중추적이었고 과학자들이 유전자형 [13]염기서열을 표현형과 연관짓기 위해 유전자 검사를 실시하기 시작할 수 있게 했다.1985년 멀리스에 의해 발명된 Taq 중합효소를 이용한 중합효소 연쇄반응은 과학자들이 변형에 사용되거나 아가로스[14]분리를 사용하여 조작될 수 있는 수백만 개의 특정 DNA 서열을 만들 수 있게 했다.10년 후, 첫 번째 전체 게놈 염기서열 분석(Haemophilus influence)이 이루어졌고,[15] 2001년 인간 게놈 프로젝트를 통해 인간 게놈의 최종 염기서열 분석이 이루어졌다.이 모든 발견의 정점은 유전체라고 불리는 새로운 분야였습니다유전자의 분자 구조를 DNA의 그 부분과 유기체 [16]내 단백질의 기능적 발현에 의해 암호화된 단백질이나 RNA와 연결시키는 것입니다오늘날, 분자 유전 기술의 적용을 통해, 유전체학은 많은 모델 유기체에서 연구되고 있고, 데이터는 NCBI와 Ensembl같은 컴퓨터 데이터베이스에서 수집되고 있다.서로 다른 종과 종 사이의 유전자 분석과 비교는 생물 정보학이라고 불리며, 진화적 [17]규모로 유전자 돌연변이를 연결시킨다.

중앙의 도그마

이 이미지는 DNA 가닥이 전사되고 번역되는 것을 사용하는 중심 교리의 예를 보여주고 그 과정에서 사용되는 중요한 효소를 보여줍니다.

이 이미지는 DNA 가닥이 전사되고 번역되는 것을 사용하는 중심 교리의 예를 보여주고 그 과정에서 사용되는 중요한 효소를 보여줍니다.

중앙 도그마는 모든 유전학의 기초이며 분자 유전학 연구에 중요한 역할을 합니다.중앙 도그마는 DNA가 스스로 복제되고, DNA가 RNA로 전사되고, [18]RNA가 단백질로 변환된다고 말한다.중앙 도그마와 함께, 유전 코드는 RNA가 단백질로 어떻게 변환되는지를 이해하는 데 사용된다.DNA의 복제와 DNA에서 mRNA로의 전사는 에서 일어나는 반면 RNA에서 단백질로의 전사는 리보솜에서 [19]일어난다.유전자 코드는 아데닌, 시토신, 우라실, 구아닌의 네 가지 염기쌍으로 이루어져 있으며 중복되어 있어 이러한 염기쌍의 여러 조합이 동일한 아미노산을 [20]생성한다는 것을 의미한다.프로테오믹스와 유전체학은 분자 유전학과 중앙 도그마에 [21]대한 연구에서 나온 생물학 분야이다.

기술

전진 유전학

전진 유전학은 특정 표현형을 생성하는 유전자 또는 유전자 돌연변이를 식별하기 위해 사용되는 분자 유전학 기술이다.유전자 스크리닝에서는 돌연변이(화학물질 또는 방사선) 또는 트랜스포존의해 랜덤 돌연변이가 생성되어 개인을 특정 표현형에 대해 스크리닝한다.종종, 박테리아나 세포 배양에서와 같이 원하는 표현형을 관찰하기 어려운 돌연변이 유발 후에 선택 형태의 2차 분석이 이루어질 수 있습니다.세포는 항생제 내성 유전자 또는 형광 리포터를 사용하여 변형되어 원하는 표현형을 가진 돌연변이를 [22]비돌연변이에서 선택할 수 있다.

관심 표현형을 나타내는 돌연변이를 분리하여 해당 표현형이 둘 이상의 유전자에서 유래하는지 여부를 판단하기 위해 보완시험을 실시할 수 있다.돌연변이 유전자는 지배적(기능의 향상을 초래함), 열성(기능의 상실을 나타냄), 또는 인식적(변이 유전자가 다른 유전자의 표현형을 가리는 것)으로 특징지어진다.마지막으로,[23] 돌연변이의 위치와 특이성은 시퀀싱을 통해 매핑된다.전진 유전학은 편견이 없는 접근법이고 종종 예상치 못한 많은 발견으로 이어지지만 비용이 많이 들고 시간이 걸릴 수 있습니다.선충인 케노하브디티스 엘레강스, 초파리 드로소필라 멜라노가스터, 제브라피쉬 다니오 레리오와 같은 모델 유기체는 유전자 [24]돌연변이로 인한 표현형을 연구하는데 성공적으로 사용되어 왔다.

[25] 돌연변이 유발을 사용한 C. elegans(선충)의 전진 유전의 예.

역유전학

역유전학 기법을 이용한 조류독감 백신 개발 과정도

역유전학은 관심 유전자의 의도적인 돌연변이로 인한 표현형을 결정하기 위해 사용되는 분자 유전학 기술의 용어이다.표현형은 유전자의 변이되지 않은 버전의 기능을 추론하는데 사용된다.돌연변이는 관심 유전자의 무작위 또는 의도적인 변화일 수 있다.돌연변이는 뉴클레오티드 치환, 프레임시프트 돌연변이를 유도하기 위한 뉴클레오티드 첨가 또는 결실, 또는 유전자 또는 유전자 세그먼트의 완전한 첨가/삭제 등에 의해 야기되는 오감 돌연변이일 수 있다.특정 유전자의 결실은 유전자가 발현되지 않고 기능 상실(예: 녹아웃 마우스)이 발생하는 유전자 녹아웃을 생성한다.잘못 감지된 돌연변이는 완전한 기능 상실을 야기하거나 녹다운으로 알려진 부분적인 기능 상실을 초래할 수 있습니다.녹다운은 RNA 간섭(RNAi)[26]의해서도 달성될 수 있습니다.또는 유전자가 유기체의 게놈(트랜스젠이라고도 함)에 치환되어 유전자 녹인을 만들어 [27]숙주에 의한 기능 향상을 가져올 수 있다.비록 이러한 기술들이 표현형을 특정 기능에 연결시키는 결정에 대해 몇 가지 내재적인 편견을 가지고 있지만, 관심 있는 유전자가 이미 알려져 있기 때문에 전진 유전학보다 생산 면에서 훨씬 더 빠르다.

「 」를 참조해 주세요.

소스 및 메모

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추가 정보

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