ㅏ 유전자기본 생화학 적 관점에서 볼 때 데 옥시 리보 핵산 (DNA) 특정 단백질 제품을 조립하기위한 유전자 코드를 전달하는 유기체의 모든 세포 내부. 보다 기능적이고 역동적 인 수준에서 유전자는 동물, 식물, 균류, 심지어 박테리아와 같은 유기체가 무엇인지, 그리고 그들이 발전 할 운명을 결정합니다.
유전자의 행동은 환경 적 요인 (예: 영양)과 다른 유전자의 영향을 받지만 유전 물질 몸의 크기부터 미생물 침입자, 알레르겐 및 기타 외부 인자에 대한 반응에 이르기까지 눈에 보이거나 보이지 않는 거의 모든 것을 압도적으로 지시합니다.
따라서 특정 방식으로 유전자를 변경, 수정 또는 조작하는 능력은 다음을 수행 할 수있는 옵션을 도입합니다. 특정 DNA를 포함하는 것으로 알려진 주어진 DNA 조합을 사용하여 인간을 포함한 정교하게 맞춤화 된 유기체를 만듭니다. 유전자.
유기체의 변화 과정 유전자형 (느슨하게 말하면 개별 유전자의 합) 따라서 유전 적 "청사진"은 다음과 같이 알려져 있습니다. 유전자 변형. 또한 유전 공학, 이러한 종류의 생화학 적 조작은 최근 수십 년 동안 공상 과학의 영역에서 현실로 옮겨졌습니다.
관련 개발은 인간의 건강과 삶의 질을 향상시킬 것이라는 전망과 다양한 측면에서 가시적이고 피할 수없는 윤리적 문제에 대한 기대감으로 흥분을 불러 일으켰습니다.
유전자 변형: 정의
유전 적 변형 유기체의 특정 특성을 증폭, 변경 또는 조정하기 위해 유전자를 조작, 변경, 삭제 또는 조정하는 모든 과정입니다. 그것은 절대적 뿌리 또는 세포 수준에서 형질을 조작하는 것입니다.
일상적으로 머리카락을 특정 방식으로 스타일링하는 것과 실제로 머리카락의 색, 길이 및 머리카락을 조절할 수있는 것의 차이점을 고려하십시오. 헤어 케어 제품을 사용하지 않고 일반 배열 (예: 스트레이트 대 곱슬) 대신 눈에 보이지 않는 구성 요소를 제공하는 데 의존합니다. 원하는 미용 결과를 달성하고 보장하는 방법에 관한 신체 지침을 통해 유전자 변형이 모두 무엇인지 알 수 있습니다. 약.
모든 살아있는 유기체에는 DNA가 포함되어 있기 때문에 유전 공학은 박테리아에서 식물, 인간에 이르기까지 모든 유기체에서 수행 될 수 있습니다.
이 글을 읽으면서 유전 공학 분야는 농업, 의학, 제조 및 기타 영역에서 새로운 가능성과 관행으로 급성장하고 있습니다.
유전 적 변형이 아닌 것
말 그대로 변화하는 유전자와 기존 유전자를 활용하는 방식의 차이를 이해하는 것이 중요합니다.
많은 유전자는 부모 유기체가 사는 환경과 독립적으로 작동하지 않습니다. 식습관, 다양한 종류의 스트레스 (예: 고유 한 유전 적 근거가있을 수도 있고 없을 수도있는 만성 질환) 및 기타 사항 일상적으로 직면하는 유기체는 유전자 발현 또는 유전자가 단백질 제품을 만드는 데 사용되는 수준에 영향을 미칠 수 있습니다. 암호.
유 전적으로 평균보다 키가 크고 무거워지는 경향이있는 사람들의 가족에서 왔고 다음과 같은 스포츠에서 운동 경력을 쌓고 자하는 경우 농구 또는 하키와 같은 힘과 크기, 당신은 무게를 들어 올리고 강한 양의 음식을 먹을 수 있습니다. 가능한.
그러나 이것은 사실상 당신의 DNA에 새로운 유전자를 삽입 할 수있는 것과는 다릅니다. 예측 가능한 수준의 근육과 뼈 성장, 그리고 궁극적으로 인간의 모든 전형적인 특징을 가진 스포츠 스타.
유전 적 변형의 유형
많은 유형의 유전 공학 기술이 존재하며 모든 기술이 정교한 실험실 장비를 사용하여 유전 물질을 조작해야하는 것은 아닙니다.
사실, 유기체의 능동적이고 체계적인 조작을 포함하는 모든 과정 유전자 풀, 또는 번식 (즉, 성적으로)에 의해 번식하는 모든 개체군의 유전자 합계는 유전 공학으로 인정됩니다. 물론 이러한 프로세스 중 일부는 실제로 최첨단 기술에 있습니다.
인공 선택: 단순 선택 또는 선택적 육종이라고도하는 인공 선택은 다음과 같은 알려진 유전자형을 가진 모 유기체를 선택하는 것입니다. 자연 만 엔지니어라면 발생하지 않을 양으로 자손을 생산하거나 최소한 훨씬 더 오랜 시간에 걸쳐 발생 저울.
농부 나 개 사육자가 어떤 식물이나 동물을 선택하여 자손을 확실하게 인간이 어떤 이유로 바람직하다고 생각하는 특성, 그들은 일상적인 형태의 유전 가감.
유도 된 돌연변이 유발: 이것은 박테리아의 특정 유전자 또는 DNA 서열에서 돌연변이 (계획되지 않은, 종종 DNA에 대한 자발적인 변화)를 유도하기 위해 엑스레이 또는 화학 물질을 사용하는 것입니다. 이는 "정상"유전자보다 더 나은 (또는 필요한 경우 더 나쁘게) 수행되는 유전자 변이를 발견 할 수 있습니다. 이 과정은 유기체의 새로운 "라인"을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
돌연변이는 종종 해롭지 만 지구 생명체의 유전 적 다양성의 근본적인 원천이기도합니다. 결과적으로 이들을 대량으로 유도하는 동시에 적합하지 않은 유기체의 집단을 생성하는 동시에 유익한 돌연변이의 가능성을 높입니다. 기법.
바이러스 또는 플라스미드 벡터 : 과학자들은 유전자를 파지 (박테리아 또는 원핵 생물 친척 인 고세균을 감염시키는 바이러스) 또는 플라스미드 벡터, 그리고 그 세포에 새로운 유전자를 도입하기 위해 변형 된 플라스미드 또는 파지를 다른 세포에 배치합니다.
이러한 과정의 적용에는 질병에 대한 내성 증가, 항생제 내성 극복이 포함됩니다. 극한 온도와 같은 환경 스트레스 요인에 저항하는 유기체의 능력을 향상시키고 독소. 또는 이러한 벡터를 사용하면 새 특성을 만드는 대신 기존 특성을 증폭 할 수 있습니다.
식물 육종 기술을 사용하면 식물이 더 자주 꽃을 피우도록 "주문"할 수 있으며 박테리아가 일반적으로 사용하지 않는 단백질이나 화학 물질을 생성하도록 유도 할 수 있습니다.
레트로 바이러스 벡터 : 여기에서 특정 유전자를 포함하는 DNA의 일부는 이러한 특수한 종류의 바이러스에 들어가서 유전 물질을 다른 유기체의 세포로 운반합니다. 이 물질은 숙주 게놈에 통합되어 해당 유기체의 나머지 DNA와 함께 발현 될 수 있습니다.
간단히 말해서, 특수 효소를 사용하여 숙주 DNA 가닥을 자르고 새로운 유전자를 잘라내어 생성 된 틈새에 유전자 양쪽 끝의 DNA를 숙주에 부착 DNA.
"Knock in, knock out"기술 : 이름에서 알 수 있듯이 이러한 유형의 기술은 DNA 또는 특정 유전자의 특정 부분을 완전히 또는 부분적으로 삭제 ( "녹아웃") 할 수 있습니다. 비슷한 맥락에서, 이러한 형태의 유전자 변형 뒤에있는 인간 공학자들은 새로운 DNA 섹션이나 새로운 유전자를 켜는 ( "노크 인")시기와 방법을 선택할 수 있습니다.
초기 유기체에 유전자 주입 : 유전자를 포함하는 유전자 또는 벡터를 난자 (난 모세포)에 주입하면 새로운 유전자를 발달중인 배아의 게놈은 결국 유기체에서 발현됩니다. 결과.
유전자 클로닝
유전자 복제 플라스미드 벡터 사용의 예입니다. DNA의 원형 조각 인 플라스미드는 박테리아 또는 효모 세포에서 추출됩니다. 제한 효소분자를 따라 특정 위치에서 DNA를 "절단"하는 단백질 인는 DNA를 잘라내어 원형 분자에서 선형 가닥을 만드는 데 사용됩니다. 그런 다음 원하는 유전자의 DNA를 플라스미드에 "붙여 넣어"다른 세포에 도입합니다.
마지막으로 그 세포들은 플라스미드에 인공적으로 추가 된 유전자를 읽고 코딩하기 시작합니다.
관련된 컨텐츠: RNA 정의, 기능, 구조
유전자 복제에는 네 가지 기본 단계가 포함됩니다. 다음 예에서 목표는 다음과 같은 변형을 생성하는 것입니다. 이자형. 대장균 어둠 속에서 빛나는 박테리아. (물론 일반적으로 이러한 박테리아는 이러한 특성을 가지고 있지 않습니다. 그렇게한다면 세계의 하수도 시스템과 많은 자연 수로와 같은 장소는 뚜렷하게 다른 특성을 갖게 될 것입니다. 이자형. 대장균 인간의 위장관에서 만연합니다.)
1. 원하는 DNA를 분리합니다. 먼저 필요한 특성을 가진 단백질을 코딩하는 유전자를 찾거나 만들어야합니다.이 경우에는 어둠 속에서 빛납니다. 특정 해파리는 그러한 단백질을 만들고 그 원인이되는 유전자가 확인되었습니다. 이 유전자는 표적 DNA. 동시에 사용할 플라스미드를 결정해야합니다. 이것이 벡터 DNA.
2. 제한 효소를 사용하여 DNA를 절단합니다. 앞서 언급 한 단백질은 제한 엔도 뉴 클레아 제, 박테리아 세계에 풍부합니다. 이 단계에서는 동일한 엔도 뉴 클레아 제를 사용하여 표적 DNA와 벡터 DNA를 모두 절단합니다.
이들 효소 중 일부는 DNA 분자의 두 가닥을 가로 질러 똑바로 절단하는 반면, 다른 경우에는 "지그재그"절단을 만들어 작은 길이의 단일 가닥 DNA가 노출되도록합니다. 후자는 불린다 끈적한 끝.
3. 표적 DNA와 벡터 DNA를 결합합니다. 이제 두 가지 유형의 DNA를 DNA 리가 아제, 정교한 접착제 역할을합니다. 이 효소는 분자의 끝을 함께 결합하여 엔도 뉴 클레아 제의 작용을 역전시킵니다. 결과는 키메라, 또는 가닥 재조합 DNA.
- 인간 인슐린은 다른 많은 필수 화학 물질 중에서 재조합 기술을 사용하여 만들 수 있습니다.
4. 재조합 DNA를 숙주 세포에 도입합니다. 이제 여러분은 필요한 유전자와 그것이 속한 곳으로 이동시키는 수단을 가지고 있습니다. 이를 수행하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 변환소위 유능한 세포가 새로운 DNA를 휩쓸고 전기 천공, 전기 펄스를 사용하여 세포막을 잠시 파괴하여 DNA 분자가 세포에 들어갈 수 있도록합니다.
유전자 변형의 예
인공 선택 : 개 사육자는 다른 특성, 특히 코트 색상을 선택할 수 있습니다. 래브라도 리트리버의 특정 육종가가 해당 품종의 특정 색상에 대한 수요가 증가하는 것을 발견하면 해당 색상에 대해 체계적으로 번식 할 수 있습니다.
유전자 치료: 유전자에 결함이있는 사람의 경우 작동 유전자의 사본을 해당 사람의 세포에 도입하여 필요한 단백질을 외부 DNA를 사용하여 만들 수 있습니다.
GM 작물 : 유전자 변형 농업 방법은 제초제 저항성 식물과 같은 유전자 변형 (GM) 작물, 더 많은 열매를 맺는 작물을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 기존 육종에 비해 추위에 강한 GM 식물, 전반적인 수확량이 개선 된 작물, 영양가가 높은 식품 등 의 위에.
보다 광범위하게는 21 세기에 유전자 변형 유기체 (GMO)가 유전자 변형을 둘러싼 식품 안전 및 기업 윤리 문제로 인한 유럽 및 미국 시장 작물
유전자 변형 동물 : 가축 세계에서 GM 식품의 한 가지 예는 더 크고 빠르게 자라는 닭을 사육하여 더 많은 가슴살을 생산하는 것입니다. 이와 같은 재조합 DNA 기술 관행은 동물에게 유발할 수있는 고통과 불편 함으로 인해 윤리적 문제를 제기합니다.
유전자 편집 : 유전자 편집 또는 게놈 편집의 예는 다음과 같습니다. CRISPR, 또는 클러스터 된 규칙적으로 간격을두고 짧은 회문 반복. 이 프로세스는 박테리아가 바이러스로부터 자신을 방어하기 위해 사용하는 방법에서 "차용"되었습니다. 그것은 표적 게놈의 다른 부분의 고도로 표적화 된 유전자 변형을 포함합니다.
CRISPR에서 리보 핵산 가이드 게놈의 표적 부위와 동일한 서열을 가진 분자 인 (gRNA)는 숙주 세포에서 Cas9라고하는 엔도 뉴 클레아 제와 결합됩니다. gRNA는 표적 DNA 부위에 결합하여 Cas9를 함께 끌어옵니다. 이러한 게놈 편집은 나쁜 유전자 (예: 암 유발과 관련된 변이체)의 "녹아웃"을 초래할 수 있으며 어떤 경우에는 나쁜 유전자가 바람직한 변이체로 대체 될 수 있습니다.