재조합 DNA : 기술, 응용 및 기초 - 생물학 - 2025

재조합 DNA (rDNA 염기 또는 rDNA 염기)는 관심 조직의 두 세그먼트를 통합하여 실험실에서 만든 인공 핵산 분자이다. 하이브리드 특성 덕분에 키메라 DNA라고도합니다. 이 유형의 DNA는 자연에서 발견되지 않습니다.

이를 생성하는 기본 방법론은 다음을 포함합니다 : (a) 표적 DNA의 선택 및 다른 DNA 단편 (일반적으로 박테리아 플라스미드로의 삽입); (b)이 플라스미드를 박테리아에 도입, (c) 항생제에 의한 박테리아 선택, 마지막으로 (d) 유전자 발현.

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이 기술은 연구원의 판단에 따라 특정 DNA 단편을 복사하여 붙여 넣을 수있는 일련의 효소를 활용합니다.

재조합 기술의 목표는 대부분의 경우 분자 생물학자가 향후 연구를 위해 원하는 단백질 (재조합 단백질로 알려짐)을 발현하거나 인간 인슐린과 같은 상업적이고 치료 가치가있는 단백질을 만드는 것입니다. 예를 들면.

재조합 DNA 기술의 기초와 유전 공학에서의 사용

분자 생물학의 핵심 교리

우리가 알고있는 모든 유기적 존재는 몇 가지 특성을 공유합니다. 그 중 하나는 유전 물질의 특성과 단백질이 만들어지는 방식입니다.이 과정은 분자 생물학의 핵심 "교리"로 알려져 있습니다.

몇 가지 바이러스를 제외하고 모든 유기체는 DNA (deoxyribonucleic acid)에 유전 정보를 저장하고 세포핵에서 매우 조밀하고 조직적으로 수집합니다.

유전자 발현을 위해 DNA 분자는 메신저 RNA로 전사되고 후자는 단백질의 구성 요소 인 아미노산의 언어로 번역됩니다.

재조합 DNA는 무엇입니까?

1970 년대와 1980 년대 사이에 분자 생물 학자들은 세포 내부에서 자연적으로 발생하는 과정을 이용하기 시작했으며이를 실험실로 외삽 할 수있었습니다.

이런 식으로 동물 기원 유전자 (예 : 척추 동물)가 박테리아의 DNA 세그먼트에 삽입 될 수 있습니다. 또는 박테리아의 DNA가 바이러스 DNA와 결합 될 수 있습니다. 따라서 우리는 재조합 DNA를 두 개의 다른 유기체의 DNA로 구성된 분자로 정의 할 수 있습니다.

이 하이브리드 또는 재조합 분자가 생성되면 관심 유전자가 발현됩니다. 표현이라는 단어로 우리는 단백질로의 번역 과정을 언급하고 싶습니다.

제한 효소 및 리가 제 : 공정의 핵심

재조합 DNA 기술 개발의 핵심 요소는 제한 효소의 발견이었습니다.

이들은 "분자 가위"역할을하는 특정 서열로 DNA (뉴 클레아 제)를 절단하는 능력을 나타내는 단백질 분자입니다. 이러한 효소에 의해 생성 된 단편을 제한 단편이라고합니다.

상기 효소는 표적 서열에서 대칭 절단 (동일한 높이의 두 사슬) 또는 비대칭 절단을 생성 할 수있다. 제한 효소 작용의 핵심 측면은 사슬의 절단 후에 동일한 효소에 의해 절단 된 다른 가장자리에 상보적인 "느슨한 가장자리"가 얻어진다는 것입니다.

일부 예는 ECOR 1 및 Sma 1입니다. 현재 200 가지 이상의 제한 효소 유형이 알려져 있으며 시판 중입니다.

유용하게 사용하려면 가위와 접착제가 함께 제공되어야합니다. (이전에 제한 효소로 처리 된) DNA의 밀봉 작용은 리가 제에 의해 수행됩니다.

기술 : 유기체의 DNA는 실험실에서 어떻게 인공적으로 변형됩니까?

아래에서는 재조합 DNA 기술에 필요한 주요 단계를 설명합니다. 모두 분자 생물학 실험실의 전문가가 수행합니다.

"클론"이란 무엇입니까?

실험 프로토콜을 계속 진행하기 전에 분자 생물학 및 생명 공학에서 "클론"이라는 용어와 "클론"이라는 용어가 널리 사용된다는 점에 유의해야합니다. 이것은 혼란을 초래할 수 있습니다.

이 맥락에서 우리는 전체 유기체의 복제 (예를 들어 유명한 Dolly the sheep의 경우처럼)가 아니라 유전자가 될 수있는 DNA 조각의 복제를 의미합니다. 즉, 서열의 많은 사본 (유 전적으로 동일한)을 생성합니다.

1. DNA 분리 및 획득

첫 번째 단계는 사용할 시퀀스를 결정하는 것입니다. 이것은 전적으로 연구원과 그의 작업 목표에 달려 있습니다. 그런 다음이 DNA를 분리하고 정제해야합니다. 이를 달성하는 방법과 절차는 신체와 조직에 따라 다릅니다.

일반적으로 조직 조각을 채취하여 단백질 분해 효소 K (단백 분해 효소)로 용해 완충액에서 처리 한 다음 DNA를 추출합니다. 결과적으로 유전 물질은 작은 조각으로 조각화됩니다.

2. 복제 벡터

준비 단계 후 연구원은 관심있는 DNA 세그먼트를 클로닝 벡터에 도입하려고합니다. 지금부터 우리는이 부분을 DNA white DNA라고 부를 것입니다.

플라스미드

박테리아 기원의 플라스미드에서 가장 많이 사용되는 벡터 중 하나입니다. 플라스미드는 박테리아에서 자연적으로 발견되는 이중 가닥 원형 DNA 분자입니다. 그들은 박테리아 염색체에 대해 이질적입니다. 즉, 염색체 외이며 이러한 원핵 생물에서 자연적으로 발견됩니다.

벡터의 기본 요소는 다음과 같습니다. (a) 복제 기점으로 DNA 합성이 가능합니다. (b) 일부 항생제에 대한 내성과 같은 표적 DNA로 플라스미드를 운반하는 유기체를 식별 할 수있게하는 선별 제; 및 (c) 제한 효소에 의해 인식 될 서열이 발견되는 다중 클로닝 부위.

실험실에서 성공한 첫 번째 재조합 DNA는 박테리아 대장균에서 플라스미드 pSC101로 복제되었습니다. 여기에는 복제 기점 외에도 제한 효소 EcoRI의 제한 부위와 항생제 내성 유전자가 포함되어 있습니다.

플라스미드에 표적 DNA를 삽입하는 것은 이전 섹션에서 설명한 제한 효소 및 리가 제의 분자 도구를 사용하여 수행됩니다.

나머지 벡터 유형

플라스미드 외에도 DNA는 박테리오파지 람다, 코스 미드, YAC (효모 인공 염색체), BAC (박테리아 인공 염색체) 및 파지 미드와 같은 다른 벡터에 삽입 될 수 있습니다.

3. 재조합 DNA 도입

일단 재조합 DNA 분자 (플라스미드 또는 다른 벡터에 관심있는 유전자)가 확보되면 숙주 또는 숙주 유기체 (박테 리움 일 수 있음)에 도입됩니다.

외래 DNA를 박테리아에 도입하기 위해 박테리아 변형이라는 기술이 사용되며, 여기서 유기체는 DNA 흡수에 취약한 2가 양이온으로 처리됩니다.

방법 론적으로 우리는 배양 된 박테리아의 100 %가 재조합 DNA 분자를 효과적으로 흡수했다고 보장 할 수 없습니다. 이것은 항생제 내성을 포함하는 플라스미드 부분이 작용하는 곳입니다.

따라서 플라스미드를 흡수 한 박테리아는 특정 항생제에 내성이 있습니다. 그것들을 선택하기 위해서는 상기 항생제를 적용하고 생존자를 복용하는 것으로 충분할 것입니다.

4. 단백질 "수확"

우리의 재조합 DNA로 박테리아를 선택한 후 숙주의 효소 기계를 사용하여 관심있는 단백질 제품을 생성합니다. 박테리아가 번식함에 따라 플라스미드는 자손에게 전달되므로 분열 중에 손실되지 않습니다.

이 절차는 박테리아를 일종의 단백질 "공장"으로 사용합니다. 나중에 우리는 이것이 효과적인 치료법 개발에 매우 ​​적절한 절차임을 알게 될 것입니다.

배양이 준비되고 박테리아가 다량의 단백질을 생산하면 세포가 용해되거나 파괴됩니다. 물리 화학적 특성에 따라 단백질을 정제 할 수있는 다양한 생화학 적 기술이 있습니다.

또 다른 실험적 맥락에서 우리는 단백질 생성에 관심이 없을 수 있지만 오히려 DNA 서열 자체를 얻는 데 관심이 있습니다. 이 경우 플라스미드를 사용하여 관련 실험을 수행하기에 충분한 표적 DNA를 갖기 위해 관심있는 단편의 여러 사본을 생성 할 수 있습니다.

응용

재조합 DNA 기술은 분자 생물학, 생명 공학, 의학 및 기타 관련 분야에서 무한한 가능성을 열었습니다. 가장 뛰어난 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

유전 분석

첫 번째 응용 프로그램은 분자 생물학 실험실과 직접 관련이 있습니다. 재조합 DNA 기술을 통해 연구자들은 유전자의 정상적인 기능을 이해할 수 있으며 생성 된 단백질은 추가 연구에 사용될 수 있습니다.

제약 산업

재조합 DNA 절차를 사용하여 생산 된 단백질은 의학에 적용됩니다. 이 분야에서 매우 관련성이 높은 두 가지 예는이 단백질이 부족한 환자에게 적용되는 인간 인슐린과 성장 호르몬입니다.

재조합 DNA 덕분에 이러한 단백질은 다른 사람에게서 추출 할 필요없이 생성 될 수 있으며, 이는 추가적인 방법 론적 합병증과 건강 위험을 나타냅니다. 이것은 수많은 환자의 삶의 질을 향상시키는 데 도움이되었습니다.

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