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유전과 과학
자연계에서의 유전학 실험은 지난 30억 년간 계속되어 왔다고 한다.. 돌연변이 등의 유전자 변형을 봉해 자연계 내에는 수많은 변태 생뭄둘이 출연 했다. 화석의 기록과 진화 연대기뮬 살펴보면 이러한 사실을 갑지할 수 있 다. 지구상의 모든 생명체는 내외부적인 요인으로 유전자의 변화를 겪게 되 며 그 결과 변형과 발전을 이룬다. 인간은 유전자 조작을 통해 수많은 동식물을 개량했는대 새로운 품종 의 소. 곡식 그리고 애완 동물에 이르기까지 다양한 생물들이 변형되었다. 더 크고 보다 단맛이 나는 오렌지, 살이 더 많이 불은 닭고기. 씨 없는 수박 및 말과 당나귀의 혼성 생물인 노새 등도 이런 유전자 조작으로 개량된 것들 01다. 현재까지도 전통 유전학 분야에서는 멘델의 유전적 분석 방법을 여전 히 쓰고 있지만 대부분의 유전자 변형은 재조합 DNA 기술을 이용하고 있 다. 이 기술은 다양한 생물종의 유전자를 자르고 이어서 급속히 번식하는 대 장균과 같은 세균에 집어넣어 증폭시키는 것이다. 세균의 번식 과정에서 외부에서 도입된 DNA도 함께 복재되는데. 세균 은 단시간에 번식하기 때문에 핍요한 양의 재조합 DNA릅 쉽게 얻을 수 있 다. 이런 기술은 유전공학의 기반을 이룬다. 유전공힉읍· 이용하면 유전자릅 분리하고 변형시킨 후 원래의 생물종에게 이식하거나 또 다른 생물체에 도 입함으로써 생물의 형질을 전환시킬 수 있다.
특히 질병에 관련된 유전자를 찾아내고 그 결함을 치유하면 궁극적으로 질병을 퇴치시킬 수 있는 길이 열 리는것이다. 놀랍게도 재조합 유전자 기술은 하등한 세균으로부터 시작되었다. 세 균은 단지 하나의 염색체만을 가지고 있으며 이 염색체는 DNA의 원형분자 이다. 염색체에는 세균의 성장과 생존에 필요한 모든 정보가 담겨 있다. 그 러나 많은 세균은 폴라스미드라고 불리는 여분의 DNA 분자를 가지고 있으 며 여기에도 몇 개의 유전자가존재한다. 폴라스미드 내의 유진자와폴라스 미드 자체는 세균의 생존에 필수적이지 않지만 이중 일부는 세균에게 유용 한 형질음 전달해 주는 유전자를 포함하고 있다. 예를 들면 일부 풀라스미드 에 있는 유전지들은 항생재에 대한 내성을 세균이 갖도록 한다. 유전공학에서 가장 팔요로 하는 풀라스미드의 기능은 염색체 DNA를 복제하는 방식과 동일한 방법으로 풀라스미드 DNA가 복제되고 재생되게 하는 복제 효소를 가지고 있다는 것이다. 자연계에서 수많은 세균둘은 그들 자체의 유전자 재조합 시스템을 가지고 있다. 죽 세균둘은 자신의 풀라스미 드 유전자뮬 동종 또는 이종의 세균에게 전달하고 이을 전달받은 숙주 세균 들은 다시 복재 효소를 이용하여 자신의 염색체 내부에 유입된 풀라스미드 유전자를 끼워 넣는다. 그 결과 재조합된 DNA분자가 생성되는 것이다.
바이러스 역시 유전자 전달과 재조합에 관여한다. 바이러스 감염은 인간뿐만 아니라 세균에게도 차명적일 수 있기 때문에 세균은 오랜 진화 과정 동안 원 하지 않는 유전자가 침입했을 경우 이를 퇴치합 수 있는 방어 시스템을 보유 해 왔다. 세포 내 단백질의 일종인 제한효소가 바로 그것이다. 재한효소는 유전 공학의 필수 도구로서 세포 내부로 침입한 외부 DNA 릅 인식하고 절단하는 역함을 한다. 이러한 계한 효소를 분리하고 조절해서 분자 가위륨 만듭 수 있었던 것이다. 플라스미드와 재한 효소는 실험실에서 유전적 재조합을 가능하게 만든 유전공학 연구의 필수 도구인 것이다. 재한 효소는 ONA 분자 내의 아주 짧은 목정 뉴쿨레오티드 서열을 인 식한다. 서열 이식이 끝나면 이들은 절단 과정을 거쳐 DNA 조각을 만들어 낸다. 서열 인식은 재한 효소의 종류마다 다양하며 각 재한 효소는 목정 서 열만을 인식하여 절단한다. 인간 유전자를 분리하고 구별하는 데도 여러 종 류의 재한 효소가 사용된다. DNA는 이중 나선 구조이기 때문에 DNA 조각을 만둘기 위해서는 두 쌍의 동일한 서열을 전달해야 한다.
각 쌍은 서로 상보적인 염기의 배열에 의해 이루어져 있기 때문에 재한 효소로 절단이 이루어지면 그 잘린 끝부분 은 양끝이 한쪽 방향으로 돌출된 형상을 띠게 된다. 이것을 돌출말단이라고 부론다. 돌출말단이 아닌 경우도 있는데 같은 종류의 재한 효소로 잘려진 말 단 부위는 서로 화학적인 쌍을 이룰 수 있다. 풀라스미드와 인간 세포 유래의 DNA분자률 같은 종류의 계한 효소로 처 리한 후 서로 섞어 주면 잘린 부위끼리는 서로 절합하게 된다. 여기에 DNA 리가재라는 효소률 첨가해 주면 잘린 부위가 봉합되어 연결된다. 리 가제는 DNA 복제에 사용되는 효소로서 DNA 분자의 인산一강 결합을 가능 하게 하여 계한 효소로 절단된 ONA분자를 연결시켜 준다. 위와 갑이 가위와 풀의 역합을 하는 제한 효소와 리가제릅 이용하면 재 조합 DNA 분자를 인위적으로 만들 수 있다. 즉 풀라스미드에 원하는 유전 자를 절단 후 연결시킴으로써 여러 종류의 재조합 풀라스미드를 만들 수 있 는데 이것을 DNA 라이브러리라고 한다. 대부분의 DNA 라이브러리는 그 양이 매주 적기 때문에 세균을 이용한증폭 과정이 필수적이다.
이를 위해서 는 폴라스미드를 받이들여 이롭 복제합수 있는 숙주 세포가 요구되는데, 주 로 대장균을 비롯한 세균과 효모 등이 사용된다. 중폭으로 얻어진 라이브러리는 전기 영동법에 의해 크기별로 분류된 다. 전기 영동은 점성이 높은 젤 속으로 전기장읍 걸어 주어 DNA 분자를 이 동시키는 것이다. 크기가 큰 DNA 분자들은 작은 것에 비해 천천히 움직이 기 때문에 젤상에서는 크기별 분리가 용이하다. 각 DNA 절편들이 분리되 면 염색을 통해 그 크기롭 확인한 후 DNA 염기 서열 분석옵 실시한다. 유전 자 염기 분석을 통해 최근에는 낭포싱 섬유중과 근이영양중을 유발하는 유 전자가 발견되었다. 유전자 분석과 그에 따른 단백질의 곁힘이 밝혀지면 질 병 치료에 큰 도움이 될 것이다. 컬로닝은 자연적인 생뭄학적 과정이며 자연셰에서는 항상 일어나고 있 다. 이란성 쌍둥이는 서로 칼론관계에 있으며. 이론은 갑은 DNA를 가지고 있다. 그러나 분자 생용학에서의 꿉로닝은 인위적이며 목적 지향직이다.
현재 딥러닝기술은 생산학 연구의 핵심 기숨로 자리잡았고 종종 뉴 스거리가되기도한다. 1997년 과학자가 최초로 포유류를 복제했는데. 스코봅랜드 에든버 머의 명법한 양이었던 돕리는 일약 뉴스의 머릿지사에 오르는 촌재가 되었 다. 겉모습은 여느 양과 다릅 바 없지만 인공적으로 복제된 양이라는 특징이 있었다. 복재 방법은 돌리의 태아풀 대리모의 자궁에 이식한후 출생하게 반 드는 것이다. 다른 동물둘도 전에 복재된 적이 있는데 모두 배아 세포로부터 복재되 었다. 둘리의 경우에는 여섯 살 된 암컷 양의 유전 세포로부터 복재되었다는 점이 기존의 방식과 다른 주목할 만한 점이다. 스코틀랜드 로슬린 연구소의 과학지들은 완전히 분화가 이루어진 성장한 체세포로부터 복제가 가능하다 는 사실을 밝혀 낸 것이다. 돌리는 또한 기존의 표준 복재 방법을 따르지 않 고 만들어졌다. 거기에는 핵 이식 기술이 도입된 것이다. 비수정란의 DNA 뮬 제거하고 목정 체세포의 DNA뮬 이식하는 방식이었다. 돌리는 가장 유병한 양이 되었으나. 복제 분야에 있어서 돌리 이외에도 알려지지 않은 수많은 동물들이 촌재하고 있음을 알아야 한다. 동물을 복재하는 이유는 인간에게 필요한 장기나 조직을 대량으로 얻 고자 함이었다. 실제로 로슬린 연구소의 또 다른 복재양인 폴리는 인간의 유 전자가 삽입되어 있어서 인간에게 필요한 혈액제재인 팩터 RX와 협우병 인 자 B가 함유된 우유몹 생산하고 있다. 동물은 성장한 후부터 자신의 미토콘드리아 DNA에 손상을 입는데 이 것이 바로 노화의 시작인 셈이다. 동물 복제시에도 오래된 세포로부터 복제 가 일어나면 생김새는 새끼이지만 노화 현상이 나타나는 경우가 있다. 유전공학은 급속히 발전하고 있는 학문 분야이다. 21세기는 생물학의 시대가 될 것이라고 많은사람둘이 생각하고 있다. 이러한 분위기에서 분자 클로닝 기술은 획기적인 결과률 가져올 것으로 기대됩니다.
오레곤 영장류 연 구소예서는 원숭이의 복제를 성공하였으며 같은 기술을 적용하여 소와 토끼의 복제를 시도하고 있다고 한다. 인간을 비롯한 유성생식을 하는 생물들은 멘델의 법칙에 따라 부모로부 터 전달되는 고유의 RFLP불 가지고 있다. RFLP는 리프립스로 발음되는데 재한효소 절편 길이 다형성의 약자이다, 이 과정은 다음과 같다. 인체의 혈액, 정액, 모발. 참 피부세포. 또는 마룻바닥에 떨어진 발몹 조각으로부터 DNA 시료를 채취할 수 있다. 그런 다음 이것을 재한효소로 자르고 전기영동시킨 다음, 염기서열옵 분석한다. 마지막으로 서던 블랏 법으로 분석을 할수 있다. 서던 볼랏이란전기 영동한DNA 시료를 특수한 막에 옮긴 후 표지된 DNA 탐침이 포함된 용액에 담가 원하 는 DNA 분자의 위치를 식별하는 방법이다. 서던 블랏 과정을 통해 표지된 DNA 람침은 시료 DNA의 목정 부위에 달라붙게 된다. 다른 사람에게서 채취한 DNA 시료에 이 과정을 반복한 후 전기영동 양상옵 서로 비교해 본다, 모든 인간의 DNA는 많은 공동점을 가 지고 있지만 단지 두 사람 사이에서도 약간의 차이점이 발견된다. 이러한 차이에 의해 재한 효소의 절단 부위가 달라질 수 있고 이것은 RFlJ'물 몽해 확 인할 수 있다. 즉 개인마다 자신만의 DNA 지문을 갖고 있으며 이것은 RFl.P 방법으로 확인되는 것이다. RFLP 분석법은 DNA 지문 확인을 위한 획기적인 방법으로서 그 옹용 법위가 매우 넓다. 가장 두드러진 응용 법위는 바로 범죄 수사이다. 영국은 세계 최초로 DNA 데이터베이스를 구축하여 모든 국민의 DNA 정보롭 확 보하고 있다. RFl.P 분석법은 1918년 의문의 피살로 숨진 러시아 로마노프 왕가의 친족 확인 작업에도 사용되었다. 무덤 속에서 발견된 다섯 구의 시신 은 모두 분자유전학 기법을 동해 친족임이 확인되었다.
그러나 알렉시스와 아나스타시아라는 두 어린이는 친족이 아님이 확인되었다. 영국에서는 범죄 수사시 필요할 경우 의무적으로 용의자의 DNA 시료 를 채취할 수 있는 법안을 마련했다. 웨일즈의 카디프에서는 십대 소녀의 강 간살해법을 처區하기 위해 5,000명의 지원자들이 DNA 시료 재공에 협조했 다고 한다. DNA 분석을 통한 법죄 해결은 영국. 독일 및 다른 유럽국가들에 서는 이미 보편적인 현상이 되었다. 미국의 경우에는 유럽에 비해 DNA 지 문 감식이 범죄수사에 뒤늦게 적용되었다. 몇 년 전 세간의 주목을 끌었던살인사건이 있었다. 유명인사가 그의 전처와 그 찬구를 살해한 협의로 조사 릅 받았다. 사건 현장에는 범인의 것으로 추정되는 현혼이 남아 있었고 유명 인사의 집까지 그 핏자국이 연결되어 있었던 것이다. RFLP 분석 철과 그 유 명인사가 범인일 가농성이 높다는 판단이 나왔다. 그러나 그의 변호사는 사 건 현장에 있었던 모든 사람을 중인으로 지목하는 등 온갖 방법을 동원하여 그의 무죄를 주장했고 RFLP 분석의 중거를 무력하게 만들었다. RFLP 분석 법은 의약 분야에도 적용될 가능성을 지니고 있다. 낭포성 섬유증', 적혈구성 빈혈 그리고 다른 유전적 질병을 유발하는 몇 가지 유전지들의 특정 재한 효소 인식 부위는 이미 알려져 있다. 이러한 인식 부위몰 토대로 이들 질병 의 진단이나 치료에 필요한 정보륨 쉽게 얻을 수 있다.