29. 유전자변형 생물체

유전자 변형 생물은 주로 유전자 변형 기술을 사용하여 변형된 생물을 말합니다. 그리고 유전자 변형 식품은 "유전자 변형 기술을 사용하여 만든 새로운 유전자 변형 농축산물 중 식품 또는 식품 첨가물로 사용되는 식품"을 말합니다. 1994년 미국의 Calgene사가 연화가 더딘 토마토를 상용화한 후 70개 이상의 유전자 변형 농산물이 상용화되었습니다. 유전자 변형 생물과 관련된 몇 가지 용어 정의와 함께 유전자변형 생물체가 일반 품종개량과 어떤 차이가 있는지, 개발과 분석은 어떻게 진행하는지 알아보도록 하겠습니다.

-GMO(Genetically Modified Organism): 생산량 증가 또는 가공 및 유통의 편의를 위해 유전공학 기술을 사용하여 기존 육종 방식에 나타나지 않는 형질이나 유전자를 갖도록 일반적으로 개발된 생물을 말합니다. WTO, OECD 등에서 일반적으로 사용하는 용어입니다.
-LMO(Living Modified Organism): 생명공학에 의해 인위적으로 변형된 생물체를 포괄하는 용어로, 1992년 UNEP의 리우 회의 생물다양성 협정에서 GMO보다 더 넓은 개념으로 사용되었습니다.
-GEO(Genetically Engineered Organism): GMO와 동일한 개념을 가진 용어.
-GM/GEO(Genetically Modified Genetically Engineered Organism): GMO와 같은 의미를 가지며 국제 식품 표준 위원회(CODEX)에서 사용하는 용어입니다.

A. 기존의 품종개량 방법과의 차이

GMO는 전 세계 식량 문제를 해결하기 위해 유전자 변형 기술을 사용하여 식량 자원의 다양성을 개선했습니다. 기존의 품종 개량과 유전자 변형 품종 개량은 효과적인 유전자 재조합으로 원하는 특성을 가진 품종을 만든다는 점에서 비슷합니다만 기존의 품종 개량 기술은 일반적으로 원하는 형질을 가진 유사 종을 교배하여 만든 교잡종 중 원하는 형질을 가진 개체만을 찾아 품종을 개발하는 데 많은 시간과 노력이 필요합니다. 하지만 유전자 변형 기술은 원하는 형질을 보이는 유전자를 유기체에 직접 삽입하여 원하는 새로운 품종을 직접 얻을 수 있기 때문에 개발에 짧은 시간이 걸리며, 같은 종뿐만 아니라 다른 종에서도 필요한 유전자를 얻을 수 있는 장점으로 품종 개량의 범위가 넓다는 장점이 있습니다.

 

B. 유전자 변형 유기체 개발 방법

① 아그로박테리움 공정
아그로박테리움의 티플라스미드에 유용한 유전자를 삽입하고 미생물을 식물체에 전달하면 해당 유전자가 식물 세포의 핵 염색체로 전달되어 원하는 유전자가 식물체에 들어갈 수 있습니다. 쌍떡잎 식물에 효과적입니다.

 

② 원형질 세포 법
식물 세포의 세포벽을 녹여 DNA가 쉽게 들어갈 수 있도록 세포벽 없이 원형질을 형성합니다. 그리고 미생물에 유전자를 삽입하는 것과 같은 전기충격(electroporation)으로 유용한 유전자를 식물 세포에 삽입하는 방법입니다.

 

③ 입자 총(particle-gun) 법
금속 미세 입자(텅스텐 또는 금 분말을 사용하여)에 유용한 유전자를 결합하고 고압 헬륨 가스의 힘으로 미세 입자를 식물 세포로 밀어 넣어 유전자가 들어갈 수 있도록 하는 방법입니다.

 

C. 유전자 변형 농산물 분석 방법

유전자 변형 농산물(식품)은 유전자 변형 기술을 통해 삽입된 특정 유전자 서열을 확인하기 위해 DNA 검출을 통해 분석되며, 단백질 분석을 통해 특정 유전자로 합성된 단백질을 테스트합니다.

 

① DNA 분석 방법
눈으로 확인할 수 없는 유전자는 유전자 증폭기인 중합효소연쇄반응(PCR)을 이용해 양을 증폭한 후 유전자 변형 농산물을 개발하는 데 사용되는 특정 유전자를 찾아내는 방식입니다. 상용화된 유전자 변형 농산물에는 매우 다양한 유전자가 포함되어 있습니다. 어떤 유전자가 도입되는지 알지 못하면 모든 유전자를 식별하는 것은 거의 불가능합니다. 하지만 농산물에 도입되는 유전자는 다르지만 유전자 재조합 과정에서 사용되는 promotor, terminator, vector system 등은 제한적이기 때문에 유전자 변형 여부를 분석해 확인할 수 있습니다.
지금까지 개발된 대부분의 유전자 변형 농산물의 promotor로는 cauliflower mosaic virus(CaMV)에서 유래한 35S promotor와 Agrobacterium에서 유래한 NOS-terminator가 사용됩니다.
따라서 유전자 변형 여부를 확인하기 위해 35S 또는 NOS를 확인할 수 있습니다. 

 

② 단백질 분석 방법
단백질 분석은 도입된 유전자에 의해 만들어진 특정 단백질에 특이적인 항체를 생성하고 항원-항체 반응을 통해 분석하기 때문에 면역학적 분석이라고도 합니다. 이 방법을 통해 가공 과정에서 심한 열처리를 받지 않은 원료 농산물, 가공 재료 및 식품을 분석할 수 있습니다.
분석에 사용되는 주요 기법은 Western blot 법, ELISA 법, Dipsticks 법이 있습니다. 분석 결과의 신뢰성은 단백질 추출 조건, 분석 절차, 항체 선택 등에 의해 결정됩니다. 
-Western blot 법은 시료의 특성상 추출률이 높고 영향이 적다는 장점이 있습니다. 그러나 공정이 복잡하고 정량화가 어렵다는 단점이 있습니다.
-ELISA 법은 작업량이 많아 분석이 쉽고 정량적이라는 장점이 있지만, 샘플 특성에 크게 영향을 받는다는 단점이 있습니다.
-Dipsticks 법은 항체 단백질을 테스트 스트립에 결합하여 현장의 유형에 즉시 적용할 수 있도록 하는 간단하고 빠른 방법이지만, 정성적 분석을 위한 방법입니다.

 

D. 유전자 조작 동물

유전자 조작 동물은 "유전자 변형 기술을 통해 원하는 유전자를 주입한 동물로서 수정란이나 배아 세포에 유전자를 주입하여 생산된 돌연변이 동물"을 말합니다. 생리활성 물질 생산을 위한 유전자 조작 동물로는 1991년 네덜란드에서 개발된 인간 락토페린 유전자를 함유한 젖소, 성장호르몬, 헤모글로빈, 인터류킨-2, 콜라겐, 유로키나제 등의 유전자를 함유한 돼지, 토끼, 쥐, 양 등이 있습니다.

 

유전공학은 유전자 재조합 기술을 이용하여 인류에게 유익한 방향으로 생물체의 개량 및 유용 물질의 생산 등을 추구하는 생물산업을 발전시켰습니다. 유전자조작을 응용하는 분야 중 새롭게 부각되고 있는 유전자 변형 생물체에 대하여 알아보았는데요, 다음 포스팅에서는 동물 복제 방법과 복제 기술의 응용에 대하여 살펴보도록 하겠습니다.