26. 유전자 전달 방법

특정 유전자 또는 인위적으로 조작된 유전자를 체외 시험관에서 선택, 증폭, 보존하거나 특정 유기체를 정제하기 위해 유전자를 생체 내에 도입해야 합니다. 특정 세포에 유전자를 도입하는 방법은 다음과 같습니다.

 

A. Transformation

원핵생물(prokaryotes)에서 관찰되는 유전적 변화로 인해 형질전환이라고 합니다. DNA와 세포가 함께 섞이면 DNA가 세포에 들어가 세포질에 독립적으로 존재하거나 염색체 DNA와 결합하여 유전적 형질을 변화시킵니다.
예를 들어, 고초균(B. subtilis)에서는 인위적인 조작 없이 외부 DNA가 세포에 도입될 수 있습니다(natural competence). 경우에 따라 세포벽이 제거된 원형질을 사용할 수 있습니다.
대장균(E. coli)은 형질전환 실험에서 가장 일반적으로 사용되는 수용체 세포 균주로, 외부 DNA를 세포에 효율적으로 넣는 방법이 개발되었습니다. 그리고 종종 외부 유전자(표적 DNA)를 플라즈마 벡터에 연결하여 재조합 DNA를 만들어 숙주 세포에 넣는 데 사용됩니다.

 

B. Electroporation

고전압을 숙주 세포와 DNA 혼합물에 순간적으로 가하여 빠르게 세포벽과 막을 통과하여 인접한 DNA 분자가 세포에 들어갈 수 있도록 하는 방법입니다. Electroporation은 박테리아뿐만 아니라 동식물 세포에 외부 DNA를 도입하는 데 자주 사용됩니다.
그러나 Electroporation은 표적 숙주 세포에 의한 시행착오가 필요한 경험적 DNA 전달 방법으로, 세포벽이 두꺼운 박테리아와 식물 세포에는 적용하기 다소 어렵습니다. 따라서 세포벽이 제거된 원형질을 사용하며, 이 경우 원형질에서 세포벽을 재생하는 것이 번거롭습니다.

 

C. Transfection

바이러스 입자를 벡터로 사용하여 외부 유전자를 진핵 세포(eukaryotic cell)에 전달하는 방법입니다. 형질감염은 transformation과 infection 감염을 뜻하는 합성어입니다. 원핵세포는 외부 피부가 제거된 DNA가 숙주 세포에 들어가 새로운 상 입자를 생성하고 증폭하는 현상을 말합니다.

D. Transduction

박테리오파지는 한 세포에서 다른 세포로 DNA(donor cell)가 전달되는 것을 매개하는 특성이 있습니다. 이러한 방식으로 박테리오파지를 배지로 사용하여 한 박테리아에서 다른 박테리아로 DNA가 전달됩니다. 이러한 파지 특성을 이용하여 원하는 외래 DNA(target DNA)를 파지에 넣고 숙주 세포를 감염시키면 파지 내부의 DNA가 숙주 세포로 들어가 염색체 DNA와 결합하고, 이를 감싸는 파지 껍질 단백질은 외부로 들어가 분해되지 않습니다.

 

E. Conjugation

Mating이라고도 하며, 두 개 또는 세 개의 세포가 직접 접촉하면 세포 사이에 물리적 통로가 생기고, 이를 통해 DNA가 기증자 세포에서 수용체 세포로 전달됩니다. 그러나 두 세포는 결합하여 하나를 형성하지 않습니다. 작은 물리적 충격에도 연결 통로가 끊어지고 각각 독립적인 세포로 분리됩니다. 이러한 방식으로 염색체 DNA와 플라스미드 DNA를 전달할 수 있습니다.

 

F. Fusion

세포와 세포가 결합하여 새로운 세포를 만들어 염색체 DNA가 결합합니다. 여기서 새로운 세포는 모세포와는 다른 유전적 특성을 가지고 있습니다. 
세포를 융합하기 위해서는 세포벽을 제거하여 원형질체를 만들어야 하며, 원형질막이나 세포막을 결합하여 하이브리드 세포를 생산하면 세포벽이 재생되어 정상적인 세포로 성장합니다. 이 방법은 많은 유전 정보를 전달할 수 있어 미생물과 동식물 세포에 널리 적용되지만, 분류학적으로 유사성이 부족한 종(species) 간의 세포 융합은 사실상 어려운 것으로 알려져 있습니다.

 

G. Microinjection

최소 주사기로 현미경을 통해 원하는 유전자 DNA를 살아있는 세포의 핵에 직접 주입하는 방법입니다. 바늘의 직경은 매우 미세해야 핵에 삽입해도 안전합니다. 동식물 세포의 핵에 이물질 DNA를 도입하는 것은 물론 핵 치환 및 이식에도 매우 유용한 방법입니다. 적절한 유전자 전달 방법이 없거나 운반체 DNA가 없는 경우에도 사용할 수 있습니다.

H. Particle gun

식물 세포에 전달하는 데 사용되는 입자 총으로 DNA로 코팅된 입자를 세포나 조직에 쏘는 것처럼 세포나 조직에 투입하여 DNA를 전달합니다. Micro ballistics라고도 합니다.

 

이러한 다양한 유전자 전달 방법은 세포의 형태, 특성, 도입할 DNA의 크기에 따라 선택됩니다. 적절한 방법을 도입한 유전자로 재조합 DNA 복제에 성공했다면, 다음 게시물을 통해 균주가 어떻게 선택되고 발현되는지 살펴보겠습니다.