트랜스젠

Transgene
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트랜스유전자는 한 유기체에서 다른 유기체로 자연 또는 많은 유전공학 기술에 의해 전달된 유전자이다.트랜스제네시스라고 알려진 과정에서의 트랜스유전자의 도입은 유기체의 표현형을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있다.트랜스젠은 한 유기체에서 분리되어 다른 유기체로 유입된 유전자 서열을 포함하는 DNA의 한 부분을 말한다.DNA의 이 비원어민 부분은 트랜스제닉 유기체에서 RNA나 단백질을 생산하는 능력을 유지하거나 트랜스제닉 유기체의 유전자 코드의 정상적인 기능을 바꿀 수 있다.일반적으로 DNA는 유기체의 배아줄에 통합된다.예를 들어 고등척추동물에서는 외래 DNA를 수정란의 핵에 주입함으로써 이를 달성할 수 있다.이 기술은 특정 유전자와 관련된 기능이나 병리학을 연구하기 위해 실험용 쥐의 변종에 인간 질병 유전자 또는 다른 관심 유전자를 도입하기 위해 일상적으로 사용된다.

트랜스젠을 만들려면 몇 가지 주요 부품을 조립해야 합니다.트랜스유전자는 반드시 프로모터, 트랜스유전자가 활성 장소와 시기를 결정하는 조절 배열, 엑손, 단백질 코드 배열(대개 관심 단백질에 대한 cDNA에서 파생됨) 및 정지 시퀀스를 포함해야 한다.이것들은 전형적으로 박테리아 플라스미드에서 결합되며, 코드 배열은 일반적으로 이전에 알려진 기능을 [1]가진 트랜스제닉에서 선택된다.

박테리아, 바이러스, 곰팡이 등 유전자 변형 또는 유전자 변형 유기체는 많은 연구 목적에 도움이 된다.트랜스제닉 식물, 곤충, 어류 및 포유류(인간 포함)가 사육되고 있다.일부 국가(미국 등)에서는 옥수수와 콩과 같은 유전자 변형 식물이 야생 품종을 대체했다.트랜스유전자 유출은 2001년 이후 지속성과 침습성으로 GMO 작물에 대해 기록되고 있다.유전자 변형 유기체는 윤리적 문제를 제기하고 생물안전 문제를 일으킬 수 있다.

역사

특정한 필요에 맞게 유기체를 만드는 생각은 새로운 과학이 아닙니다.하지만, 1900년대 후반까지 농부들과 과학자들은 가까운 종에서만 식물이나 유기체의 새로운 변종을 번식시킬 수 있었다. 왜냐하면 DNA는 자손들이 다른 [citation needed]세대를 번식할 수 있도록 호환되어야 했기 때문이다.

1970년대와 1980년대에 과학자들은 유전 공학과 매우 다른 두 종의 DNA를 결합하는 방법을 발명함으로써 이 장벽을 통과했다.이러한 시술에 의해 생성된 유기체는 트랜스제닉(transgenic트랜스제네시스는 둘 다 특정한 목적을 위해 세포를 변형시킨다는 점에서 유전자 치료와 같다.그러나 유전자 치료는 세포의 결함을 치료하기 위한 것이고, 유전자 변형은 모든 세포에 특정 트랜스젠을 혼합하고 게놈을 변화시킴으로써 유전자 변형 유기체를 만들어내려는 것이기 때문에, 그들은 전혀 다른 목적을 가지고 있다.따라서 트랜스제네시스(transgenis)는 체세포뿐만 아니라 생식세포를 변화시켜 유기체가 번식할 때 트랜스제네이션이 자손에게 전달되도록 할 것이다.트랜스유전자는 숙주 유전자의 기능을 차단함으로써 게놈을 변화시킨다; 그들은 숙주 유전자를 다른 단백질을 코드하는 유전자로 대체하거나 [2]추가 유전자를 도입할 수 있다.

최초의 유전자 변형 유기체는 애니 창과 스탠리 코헨이 [3]대장균의 황색 포도상구균 유전자를 발현시킨 1974년에 만들어졌다.1978년에 효모세포는 유전자 [4]이식을 받은 최초의 진핵생물이었다.쥐의 세포는 1979년에 처음 변형되었고, 쥐의 배아는 1980년에 변형되었다.대부분의 첫 번째 변환은 세포에 직접 DNA를 주입함으로써 이루어졌다.과학자들은 세포벽을 통해 외부 DNA를 통과시키기 위해 전류를 이용하는 전기 인퓨전(electroinfusion), DNA 총알을 세포에 쏘는 과정인 생물학, 그리고 또한 세포 분열과 같은 변형을 수행하는 다른 방법들을 개발할 수 있었다.방금 [5]수정한 난자에 DNA를 주입하는 거야

최초의 유전자 변형 동물은 유전자의 특정 기능을 연구하기 위한 유전자 연구만을 위한 것이었고 2003년까지 수천 개의 유전자가 연구되었다.

식물에서 사용

옥수수, 콩, 유채씨유, 면화, 쌀 등과 같은 유전자 변형 작물을 생산하기 위해 다양한 유전자 변형 식물들이 농업용으로 설계되었다.2012년 현재 이들 GMO 작물은 전 세계적으로 [6]1억 7천만 헥타르에 재배되고 있다.

황금밥

트랜스제닉 식물의 한 예는 황금 쌀이다.1997년 [citation needed]동남아시아에서만 [7]500만 명의 어린이가 비타민A 결핍으로 인한 안구건조증에 걸렸다.그 아이들 중 25만 명이 [7]실명했다.이에 맞서기 위해 과학자들은 생물학을 이용해 수선화 피토엔 합성효소를 아시아의 토종 쌀 [8]재배종에 삽입했다.수선화 삽입은 [8]β-카로틴의 생산을 증가시켰다.그 제품은 황금 쌀이라고 불리는 비타민 A가 풍부한 트랜스제닉 쌀이었다.금쌀이 건성건조증에 미치는 영향에 대해서는 거의 알려져 있지 않다.왜냐하면 유전자변형농산물 반대운동으로 [9]금쌀이 필요한 농업 시스템에 완전히 상업적으로 방출되는 것을 막았기 때문이다.

트랜스젠 이스케이프

1990년대 중반 멕시코와 유럽에서 야생[10] 친척과의 교배를 통한 유전자 조작 식물 유전자의 탈출이 처음 논의되고 조사되었다.트랜스제닉의 탈출은 불가피하다는 데 동의하고 있다. 심지어 "그것이 일어나고 있다는 어떤 증거"[6]도 있다.2008년까지 기록된 사례는 거의 [6][11]없었다.

옥수수

2000년 멕시코 오악사카주 시에라 후아레즈에서 채취한 옥수수에는 트랜스제닉 35S 프로모터가 들어있었지만 2003년과 2004년 같은 지역에서 다른 방법으로 채취한 대규모 샘플에는 들어있지 않았다.2002년 다른 지역에서 채취한 샘플도 그렇지 않았지만 2004년에 채취한 샘플은 트랜스유전자의 지속성 또는 [12]재도입을 시사했다.2009년 연구에 따르면 가장 일반적으로 멕시코 남동부에서 샘플의 3.1%와 1.8%에서 재조합 단백질이 발견되었다.미국으로부터의 씨앗과 곡물의 수입으로 멕시코 중서부의 유전자 변형 빈도와 분포는 설명될 수 있지만 남동부 지역은 설명되지 않는다.또, 멕시코 옥수수 재고의 옥수수 종자 로트의 5.0%가 유전자 변형 단백질을 발현했다.[13]

면입니다.

2011년 멕시코에서 GMO 면화 [14]재배 15년 만에 야생 면화 중 트랜스제닉 면화가 발견됐다.

유채씨드(카놀라)

일본 토종종인 브라시카 라파와 교배한 트랜스제닉 유채씨 브라시쿠스 나푸스는 캐나다 [16]퀘벡에서 2006년 확인된 후 2011년 일본에서[15] 발견됐다.그들은 제초제 선택 압력과 야생 형태와의 교배에도 불구하고 6년의 연구 기간 동안 지속적이었다.이것은 Brassica napus에서 야생 형태 유전자 풀로의 [17]제초제 내성 트랜스젠의 침입, 즉 한 유전자 풀에서 다른 유전자 풀로의 안정적인 결합에 대한 첫 번째 보고였다.

포복성 벤트그래스

글리포세이트 내성을 갖도록 설계된 트랜스제닉 포복성 벤트그래스는 2003년 오리건주 마드라스 인근 오리건주 중부에서 대규모(약 160ha) 현장 실험의 일환으로 재배됐다.2004년, 그것의 꽃가루는 14킬로미터 떨어진 야생에서 자라는 벤트그라스 개체군에 도달한 것으로 밝혀졌다.심지어 21km [18]떨어진 곳에서도 교잡수분이 가능한 아그로스테스 지간테아가 발견됐다.재배업자인 스코츠 컴퍼니는 모든 유전자 조작 식물을 제거할 수 없었고,[19] 2007년 미국 농무부는 규정을 준수하지 않았다는 이유로 스코츠에게 50만 달러의 벌금을 부과했다.

리스크 평가

특정 트랜스젠의 장기 감시 및 제어는 [20]실현 불가능한 것으로 나타났다.유럽식품안전청은 2010년에 [21]위험 평가를 위한 지침을 발표했다.

마우스로 사용

유전자 조작 쥐는 유전자 변형 [22]연구를 위한 가장 일반적인 동물 모델이다.트랜스제닉 마우스는 현재 암, 비만, 심장병,[23] 관절염, 불안, 파킨슨병을 포함한 다양한 질병을 연구하는데 사용되고 있다.유전자 조작 생쥐의 가장 흔한 두 종류는 녹아웃 생쥐와 온코미스이다.녹아웃 마우스는 기존 유전자의 발현을 방해하기 위해 트랜스제닉 삽입을 사용하는 마우스 모델의 한 종류이다.녹아웃 마우스를 만들기 위해 전기절연을 이용하여 원하는 배열을 가진 트랜스유전자를 격리된 마우스 배반포에 삽입한다.그런 다음, 일부 세포 내에서 자연적으로 상동 재조합이 일어나 관심 있는 유전자를 설계된 트랜스젠으로 대체한다.이 과정을 통해, 연구원들은 트랜스 유전자가 동물의 게놈에 통합될 수 있고, 세포 내에서 특정한 기능을 수행하고, 후대에 [24]물려줄 수 있다는 것을 증명할 수 있었다.

온코미스는 유전자 변형 생쥐의 또 다른 종으로, 이 동물의 암에 대한 취약성을 증가시키는 유전자 변형 생쥐를 삽입하여 만들어졌다.암 연구자들은 이 지식을 인간 [24]연구에 적용하기 위해 다양한 암의 프로파일을 연구하기 위해 온코미스를 활용한다.

드로소필라에서 사용

초파리인 드로소필라 멜라노가스터의 형질전환에 관한 여러 연구가 진행되어 왔다.이 유기체는 잘 알려진 발달 패턴 때문에 100년 이상 유용한 유전자 모델이었다.Drosophila 게놈으로의 트랜스유전자의 이행은 P원소, Cre-loxP, δC31 삽입 등 다양한 기술을 사용하여 수행되었다.지금까지 Drosophila 게놈에 트랜스제닉을 삽입하기 위해 사용된 가장 일반적인 방법은 P원소를 이용한다.트랜스포존으로도 알려진 트랜스포저블 P 원소는 숙주의 게놈에 상보적인 배열이 존재하지 않고 게놈으로 옮겨지는 박테리아 DNA의 세그먼트입니다.P 원소는 관심 DNA 삽입 영역에 측면으로 두 개씩 쌍으로 투여됩니다.또한 P원소는 종종 P원소 트랜스포자아제라고 알려진 2개의 플라스미드 성분과 P 트랜스포존 백본으로 구성된다.트랜스포자아제 플라스미드 부분은 관심 있는 트랜스유전자와 종종 마커를 포함하는 P 트랜스포자 백본의 전이를 트랜스포자의 두 말단 부위 사이에서 유도한다.이 삽입의 성공은 게놈에 관심 있는 트랜스유전자를 되돌릴 수 없는 추가로 귀결된다.이 방법이 효과적인 것으로 입증되었지만, P 원소의 삽입 부위는 종종 통제 불가능하며, 결과적으로 드로소필라 [25]게놈에 트랜스유전자가 바람직하지 않게 무작위로 삽입됩니다.

트랜스제닉 과정의 위치와 정밀도를 개선하기 위해 Cre로 알려진 효소가 도입되었다.Cre는 RMCE(재조합효소 매개 카세트 교환)로 알려진 공정의 핵심 요소임이 입증되었습니다.Cre는 P 원소 전이효소보다 트랜스제닉 변환의 효율이 낮은 것으로 나타났지만, 랜덤 P 삽입의 균형 조정의 노동 집약적인[clarification needed] 풍부함을 크게 감소시킨다.크레는 loxP 부위로 알려진 트랜스유전자 삽입 부위의 매핑을 지원하기 때문에 관심 DNA 유전자 세그먼트의 표적 트랜스유전 형성을 돕는다.이러한 부위는 P 요소와는 달리 관심 염색체 세그먼트에 측면으로 삽입되어 표적 형질전환에 도움을 줄 수 있다.Cre 트랜스포즈 효소는 조심스럽게 배치된 loxP 부위에 존재하는 염기쌍의 촉매적 분할에서 중요하므로 관심 [26]있는 트랜스제닉 공여 플라스미드를 보다 구체적으로 삽입할 수 있습니다.

트랜스포존 매개 및 Cre-loxP 변환 방법이 생성하는 한계와 낮은 수율을 극복하기 위해 박테리오파지 δC31이 최근에 이용되었다.최근의 획기적인 연구는 박테리오파지 δC31 인테그레이스의 미세 주입을 포함하며, 이는 P 요소만으로는 전이가 불가능한 큰 DNA 조각의 향상된 트랜스유전자 삽입을 보여준다.이 방법은 파지의 부착부위(attP)와 세균 숙주 게놈(attB)의 부착부위(attB) 간의 재조합을 포함한다.δC31은 일반적인 P원소 트랜스제네 삽입법과 비교하여 세균배열 및 항생제 내성 유전자를 포함한 트랜스제네 벡터 전체를 통합한다.불행히도 이러한 추가 삽입물의 존재는 트랜스유전자 발현 수준과 재현성에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.

가축 및 양식업에서 사용

한 가지 농업 용도는 특정 특성을 위해 선택적으로 동물을 번식시키는 것이다.근육 표현형이 증가한 트랜스제닉 소는 RNA [27]간섭을 이용하여 미오스타틴 mRNA에 대한 상동성을 가진 짧은 머리핀 RNA를 과잉 발현함으로써 생산되었다.트랜스젠은 염소의 우유에서 고농도의 단백질이나 비단을 가진 우유를 생산하는데 사용되고 있다.또 다른 농업 적용 분야는 질병에 내성이 있는 동물이나 [27]생약 생산을 위한 동물을 선별적으로 번식시키는 것이다.

장래성

트랜스제네스의 응용은 분자생물학의 급성장 분야이다.2005년 현재, 향후 20년 이내에 30만 개의 유전자 변형 생쥐가 [28]생성될 것으로 예측되었다.연구자들은 특히 의료 분야에서 유전자 변환에 대한 많은 응용 프로그램을 식별해 왔다.과학자들은 질병을 더 잘 이해하기 위해 인간 게놈의 기능을 연구하기 위해 트랜스제닉을 사용하고, 동물 장기를 사람에게 이식하기 위해 적응시키고, 트랜스제닉 소의 [citation needed]젖에서 인슐린, 성장 호르몬, 혈액 응고 방지 인자와 같은 의약품 생산에 집중하고 있다.

2004년 현재 5천 개의 유전병이 알려져 있으며, 트랜스제닉 동물을 사용하여 이러한 질병을 치료할 수 있는 가능성은 아마도 트랜스제닉의 가장 유망한 응용 분야 중 하나일 것입니다.유전자 장애를 치료하기 위해 돌연변이 유전자를 변형되지 않은 트랜스 유전자의 복제로 대체하기 위해 인간 유전자 치료를 사용할 가능성이 있다.이것은 Cre-Lox 또는 녹아웃을 사용하여 할 수 있다.게다가 유전자 변형 쥐, 돼지, 토끼, 쥐의 사용을 통해 유전 질환이 연구되고 있다.유전자 변형 토끼는 유전적인 심장 부정맥을 연구하기 위해 만들어졌는데, 토끼의 심장이 [29][30]생쥐에 비해 인간의 심장을 훨씬 더 닮았기 때문이다.보다 최근에 과학자들은 또한 [31]생식력과 관련된 유전적 장애를 연구하기 위해 유전자 변형 염소를 사용하기 시작했다.

유전자 변환은 돼지 장기로부터의 이종 이식을 위해 사용될 수 있다.이종장기 거부반응 연구를 통해 이식된 장기의 내피세포에서 이물질 항체가 인식되어 이식된 장기에 대한 급성 거부반응이 발생한다는 것을 밝혀냈다.과학자들은 돼지에게서 이 반응을 일으키는 항원을 확인했고, 따라서 항원을 제거함으로써 즉각적인 거부반응 없이 장기를 이식할 수 있다.그러나 나중에 항원이 발현되기 시작하고 거부반응이 일어난다.그 때문에, 한층 더 연구가 [citation needed]진행되고 있다.산업 반응 속도를 증가시키는 촉매 단백질 또는 효소를 생성할 수 있는 트랜스제닉 미생물.

윤리적 논란

인간에서의 트랜스젠 사용은 현재 많은 쟁점들이 있다.유전자를 인간 세포로 변환하는 것은 아직 완성되지 않았다.이것의 가장 유명한 예는 X-연관성 중증 복합면역결핍증(X-SCID)[32] 치료를 받은 후 T세포 백혈병에 걸리는 특정 환자들을 포함했다.이는 삽입된 유전자가 LMO2 프로모터에 근접하여 LMO2 원생 유전자의 [33]전사를 제어했기 때문이다.

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