25. 숙주 세포와 재조합체 DNA 구성 방법

지난 글을 통해 원하는 숙주세포에 유전자를 가지고 들어갈 수 있는 유전자 운반체에 대하여 알아보았는데요, 여기서 숙주세포란 어떤 것인지 유전자는 재조합체와 어떤 식으로 구성되어 접합되는지 살펴보도록 하겠습니다. 

 

A. 숙주 세포

표적 유전자를 활용하여 원하는 물질을 생산할 때 숙주 세포의 물리화학적 특성을 활용합니다. 특히 원핵생물과 진핵생물 간의 유전자 복제, 전사, 암호화 등 일련의 단백질 합성 및 후속 변형 과정에는 많은 차이가 있을 뿐만 아니라 미생물종(species)에 따라 유전자 발현 과정도 다릅니다. 따라서 숙주로 선택할 세포의 종류는 벡터의 종류, 외래 유전자(target DNA)의 출처와 성질, cloning 목적에 따라 결정됩니다.
미생물에서 일반적으로 사용되는 숙주는 대장균(E. coli)로 대장균은 유전적, 생리적 특성뿐만 아니라 다양한 변종에 대해서도 적절한 균주를 쉽게 구입할 수 있습니다. 대장균은 그람 음성이기 때문에 경우에 따라 그람 양성균이 숙주로 필요할 수 있습니다. 그람 음성균은 세포벽과 세포막의 구조에 큰 차이가 있으며, 합성된 단백질이 그람 양성균에서 체외로 분비되더라도 그람 음성균에게서는 체외로 분비되지 않을 수 있습니다.
고초균(Bacillus subtilis)은 원핵생물(prokaryotes)이자 대표적인 그람 양성균으로 그 유용성이 많이 증가하고 있습니다. 효모(Saccharomyces cerevisiae)는 진핵 미생물로서 다른 동식물에 비해 배양 및 관리가 용이하며, 이 효모가 숙주로 삼는 벡터를 개발하여 활발한 연구가 진행 중입니다. 다른 숙주 미생물로는 Agrobacterium과 Lactobacillus 속 박테리아가 있습니다. 동식물 세포는 세포 배양, 조직 배양 또는 성숙한 개체가 직접 숙주로 사용할 수도 있습니다.

 

B. 재조합체 DNA 구성 방법

재조합(recombinant) DNA를 만드는 기술을 recombinant DNA technology라고 하며, 이는 유전공학의 좁은 의미로도 볼 수 있습니다.
유전자 재조합은 자연에서 흔히 볼 수 있는 현상입니다. 예를 들어 염색체 간의 교차와 난자와 정자 간의 수정이 있습니다. 그러나 좁은 의미에서 일반적으로 재조합체 DNA는 "운반체 벡터 DNA에서 원하는 공유 결합한 외래(foreign) DNA"를 의미합니다. 이것이 유전자를 다루는 기본 기술로 유전자 재조합 기술을 사용하여 유전 정보를 다른 유기체로 전송할 수 있습니다. 재조합 DNA가 만들어지는 방식은 한 단어로 정의할 수 없을 정도로 다양합니다. 그러나 일반적으로 다음과 같은 과정을 따릅니다.

 

① 핵산은 유전자(외래 DNA, target DNA) 공여체 유기체로부터 분리 및 정제되며, 제한 효소로 가수분해된 후 벡터 DNA에 연결됩니다. 그 결과, 새로운 형태의 DNA(구성)인 재조합 DNA가 형성됩니다.

 

② 재조합 DNA는 숙주 세포에 도입(운반 및 전송)되어 복제되고 유지됩니다.

 

③ 재조합 DNA를 포함하는 세포(clone)는 숙주 세포에서 선택되어 순수하게 분리됩니다.

 

④ 재조합 DNA에 cloning 된 유전자가 발현되고 유전자가 재조합되어 단백질이 합성됩니다.

 

유전자 변형 방법은 매우 다양하고 정확해졌으며, 특정 목적에 따라 적절한 방법이 지속해서 개발되고 있습니다. 하지만 여기서는 매우 기본적인 재조합 DNA 구성 방법에 대해서만 논의했습니다. 기본 방법을 이해하면 다른 다양한 방법을 알면 새로운 유전자 조작 방법을 찾고 적용하는 데 도움이 될 수 있기 때문입니다.
연결 방법으로 ⓐ 접착성 말단 연결 방법 ⓑ Homopolymer tail 이용법 ⓒ Linker 이용법 ⓓ cDNA 합성법이 있습니다.

원하는 유전자를 재조합하더라도 사용에 적합한 숙주 세포에 넣어야만 생물공학 생산물이 효율적으로 발현됩니다. 그렇다면 재조합 유전자는 숙주 세포에 어떻게 넣어야 할까요? 다음 포스팅에서는 유전자가 어떻게 도입되는지 자세히 살펴보겠습니다.