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에이 유전자기본적인 생화학 적 관점에서, 특정 단백질 생성물을 조립하기위한 유전자 코드를 보유하는 유기체의 모든 세포 내부의 데 옥시 리보 핵산 (DNA)의 세그먼트이다. 보다 기능적이고 역동적 인 수준에서 유전자는 동물, 식물, 곰팡이 및 심지어 박테리아와 같은 유기체가 무엇이며 어떤 유기체로 발전 할 것인지를 결정합니다.
유전자의 행동은 환경 적 요인 (예 : 영양) 및 심지어 다른 유전자의 영향을받는 반면, 유전 물질의 구성은 신체의 크기에서 미생물 침입자에 대한 반응에 이르기까지 눈에 띄거나 보이지 않는 거의 모든 것을 지시합니다. , 알레르겐 및 기타 외부 작용제.
따라서 특정 방식으로 유전자를 변경, 변형 또는 조작 할 수있는 능력은 특정 유전자를 포함하는 것으로 알려진 DNA 조합을 사용하여 인간을 포함한 정교한 유기체를 만들 수있는 옵션을 소개합니다.
유기체를 변화시키는 과정 유전자형 (느슨하게 말하면, 개별 유전자의 합계) 따라서 유전자 "파란색"은 유전자 변형. 라고도 유전 공학이런 종류의 생화학 적 조작은 공상 과학의 영역에서 최근 수십 년간 현실로 옮겨졌다.
인간의 건강과 삶의 질을 향상시키고 다양한면에서 가시적이고 피할 수없는 윤리적 문제를 겪게 될 것이라는 흥분으로 관련 개발이 진행되었습니다.
유전자 변형 : 정의
유전자 변형 은 유기체의 특정 특성을 증폭, 변경 또는 조정하기 위해 유전자를 조작, 변경, 결실 또는 조정하는 모든 과정입니다. 절대 근본 또는 세포 수준에서 특성을 조작하는 것입니다.
일상적인 모발 스타일링 방법과 헤어 케어 제품을 사용하지 않고 모발 색상, 길이 및 일반적인 배열 (예 : 직선 대 곱슬)을 제어 할 수있는 것의 차이점을 고려하십시오. 원하는 미용 결과를 달성하고 보장하는 방법과 관련하여 유전자 변형이 무엇인지에 대한 감각을 얻습니다.
모든 생명체에는 DNA가 포함되어 있기 때문에 박테리아에서 식물, 인간에 이르기까지 모든 유기체에 대해 유전 공학을 수행 할 수 있습니다.
이 기사를 읽으면서 유전 공학 분야는 농업, 의학, 제조 및 기타 영역에서 새로운 가능성과 관행으로 급증하고 있습니다.
유전자 변형이 아닌 것
문자 그대로 변화하는 유전자와 기존 유전자를 이용하는 방식으로 행동하는 것의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.
많은 유전자는 부모 유기체가 사는 환경과 독립적으로 작동하지 않습니다. 식이 습관, 다양한 종류의 스트레스 (예 : 자신의 유전 적 기초가 있거나없는 만성 질환) 및 유기체가 일상적으로 직면하는 다른 것들이 유전자 발현에 영향을 줄 수 있거나 유전자가 단백질 제품을 만드는 데 사용되는 수준 그들은 그것을 코딩합니다.
평균보다 키가 크고 무거운 경향이있는 사람들의 가족에게서 왔으며 농구 나 하키와 같이 힘과 크기를 선호하는 스포츠에서 운동 경력을 쌓고 싶다면, 웨이트를 들어 올리고 강한 양을 먹을 수 있습니다 가능한 한 크고 강할 수있는 기회를 극대화 할 수 있습니다.
그러나 이것은 예측 가능한 수준의 근육 및 뼈 성장을 보장하는 궁극적으로 스포츠 스타의 모든 전형적인 특성을 가진 인간을 DNA에 새로운 유전자를 삽입 할 수있는 것과 다릅니다.
유전자 변형의 종류
많은 유형의 유전 공학 기술이 존재하며, 모두 정교한 실험실 장비를 사용하여 유전 물질을 조작해야하는 것은 아닙니다.
사실, 유기체의 능동적이고 체계적인 조작과 관련된 모든 과정 유전자 풀또는 번식 (즉, 성적으로)하여 번식하는 모든 집단에서 유전자의 합계는 유전 공학으로 규정됩니다. 물론 이러한 프로세스 중 일부는 실제로 최첨단 기술에 있습니다.
인공 선택 : 단순 선택 또는 선택 육종이라고도하는 인공 선택은 자연이 엔지니어 인 경우에는 발생하지 않거나 최소한 더 큰 시간 척도에서만 발생하는 양으로 자손을 생산하기 위해 알려진 유전자형을 가진 모체 유기체를 선택하는 것입니다.
농민이나 개 사육자들이 어떤 특성을 가진 인간이 어떤 이유로 바람직한지를 발견하기 위해 어떤 식물이나 동물을 사육 할 것인지를 선택할 때, 그들은 일상적인 형태의 유전자 변형을 실행하고 있습니다.
유도 된 돌연변이 유발 : 이것은 박테리아의 특정 유전자 또는 DNA 서열에서 돌연변이 (예상되지 않은, 종종 자발적인 DNA 변화)를 유발하기 위해 엑스레이 또는 화학 물질을 사용하는 것입니다. 그것은 "정상적인"유전자보다 더 나은 (또는 필요한 경우 더 나쁜) 수행하는 유전자 변이를 발견하게 할 수 있습니다. 이 과정은 유기체의 새로운 "줄"을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
돌연변이는 종종 해롭지 만 지구 생명체의 유전 적 다양성의 근원이기도합니다. 결과적으로, 그것들을 적은 수의 유기체로 만들 수는 있지만, 많은 수의 유기체를 유도하는 것은 유익한 돌연변이의 가능성을 증가 시키며, 이는 추가적인 기술을 사용하여 인간 목적으로 이용 될 수 있습니다.
바이러스 성 또는 플라스미드 벡터 : 과학자들은 유전자를 파지 (박테리아 또는 원핵 생물 친척, Archaea)를 감염시키는 바이러스 또는 플라스미드 벡터에 도입 한 다음 변형 된 플라스미드 또는 파지를 다른 세포에 넣어 새로운 유전자를 세포에 도입 할 수 있습니다.
이러한 과정의 적용에는 질병에 대한 저항력 증가, 항생제 저항성 극복 및 극한의 온도 및 독소와 같은 환경 스트레스 요인에 저항하는 유기체의 능력 향상이 포함됩니다.대안 적으로, 이러한 벡터의 사용은 새로운 특성을 생성하는 대신 기존 특성을 증폭시킬 수있다.
식물 육종 기술을 사용하여 식물을 더 자주 꽃을 피우기 위해 "주문"할 수 있거나, 박테리아가 정상적으로 유발하지 않는 단백질이나 화학 물질을 생성하도록 유도 할 수 있습니다.
레트로 바이러스 벡터 : 여기서, 특정 유전자를 함유하는 DNA의 일부는 이러한 특별한 종류의 바이러스에 넣어지고, 유전 물질을 다른 유기체의 세포로 운반합니다. 이 물질은 숙주 게놈에 통합되어 해당 유기체의 나머지 DNA와 함께 발현 될 수 있습니다.
즉, 특수 효소를 사용하여 숙주 DNA 가닥을 스니핑 (snipping)하고, 새로운 유전자를 스니핑 (snipping)에 의해 생성 된 갭에 삽입하고 유전자의 양쪽 말단에있는 DNA를 숙주 DNA에 부착시킨다.
"노크, 녹아웃"기술 : 이름에서 알 수 있듯이이 유형의 기술을 사용하면 DNA 또는 특정 유전자의 특정 부분을 완전히 또는 부분적으로 삭제할 수 있습니다 ( "녹아웃"). 이와 비슷한 유전자 변형 형태의 인간 공학자들은 비슷한 선을 따라 DNA의 새로운 부분이나 새로운 유전자를 언제 어떻게 켜야 하는지를 선택할 수있다.
초기 유기체에 유전자 주입 : 유전자를 함유하는 유전자 또는 벡터를 난 (난 모세포)에 주사하면 새로운 유전자를 발달중인 배아의 게놈에 도입 할 수 있으며, 결과적으로 유기체에서 발현된다.
유전자 클로닝
유전자 클로닝 는 플라스미드 벡터의 사용의 예이다. 원형의 DNA 조각 인 플라스미드는 박테리아 또는 효모 세포로부터 추출된다. 분자를 따라 특정 위치에서 DNA를 "절단"하는 단백질 인 제한 효소는 DNA를 깎아내어 원형 분자로부터 선형 가닥을 만듭니다. 그런 다음 원하는 유전자의 DNA를 플라스미드에 "붙여 넣기"하여 다른 세포에 도입합니다.
마지막으로, 이들 세포는 플라스미드에 인공적으로 첨가 된 유전자를 읽고 코딩하기 시작한다.
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유전자 클로닝에는 4 가지 기본 단계가 포함됩니다. 다음 예에서 목표는 대장균 어둠 속에서 빛나는 박테리아. (물론,이 박테리아들은이 특성을 가지고 있지 않습니다. 만약 그들이 있다면, 세계 하수도 시스템과 같은 자연 수로와 같은 장소들은 분명히 다른 특성을 갖습니다. 대장균 인간의 위장관에서 우세합니다.)
1. 원하는 DNA를 분리하십시오. 먼저, 필요한 속성을 가진 단백질을 코딩하는 유전자를 찾거나 만들어야합니다.이 경우에는 어둠 속에서 빛납니다. 특정 해파리는 그러한 단백질을 만들고 책임있는 유전자가 확인되었습니다. 이 유전자는 표적 DNA. 동시에 어떤 플라스미드를 사용할 것인지 결정해야합니다. 이것이 벡터 DNA.
2. 제한 효소를 사용하여 DNA를 절단합니다. 이 언급 된 단백질은 제한 엔도 뉴 클레아 제박테리아 세계에는 풍부합니다. 이 단계에서는 동일한 엔도 뉴 클레아 제를 사용하여 대상 DNA와 벡터 DNA를 모두 절단합니다.
이들 효소 중 일부는 DNA 분자의 두 가닥을 가로 질러 똑바로 절단하는 반면, 다른 경우에는 "스 태거 (staggered)"절단을하여 작은 길이의 단일 가닥 DNA를 노출시킨다. 후자는 끈끈한 끝.
3. 표적 DNA와 벡터 DNA를 결합하십시오. 이제 두 가지 유형의 DNA를 효소와 함께 DNA 리가 제정교한 종류의 접착제로 기능합니다. 이 효소는 분자의 끝을 함께 연결하여 엔도 뉴 클레아 제의 작용을 역전시킵니다. 결과는 키메라또는 재조합 DNA.
4. 재조합 DNA를 숙주 세포에 도입한다. 이제, 당신은 당신이 필요로하는 유전자와 그것이 속한 곳으로 그것을 이동시키는 수단을 가지고 있습니다. 이를 수행하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 변환소위 유능한 세포가 새로운 DNA를 휩쓸고 전기 천공DNA의 분자가 세포로 들어가도록 세포막을 간단히 파괴하기 위해 전기 펄스가 사용된다.
유전자 변형 예
인공 선택 : 개 사육자는 다른 특성, 특히 코트 색상을 선택할 수 있습니다. 래브라도 리트리버의 특정 육종가가 해당 육종의 색에 대한 수요가 증가하는 것을 보았을 경우, 해당 색을 체계적으로 번식시킬 수 있습니다.
유전자 치료: 유전자 결함이있는 사람의 경우, 작동 유전자의 사본을 해당 사람 세포에 도입하여 필요한 단백질을 외부 DNA를 사용하여 만들 수 있습니다.
GM 작물 : 유전자 변형 농업 방법은 제초제 저항성 식물, 기존의 번식에 비해 더 많은 과일을 생산하는 작물, 추위에 강한 GM 식물, 전체 수확량이 개선 된 작물, 더 높은 영양가 등.
보다 광범위하게, 21 세기에 유전자 변형 생물체 (GMO)는 작물의 유전자 변형을 둘러싼 식품 안전 및 비즈니스 윤리 문제로 인해 유럽과 미국 시장에서 핫 버튼 문제가되었습니다.
유전자 변형 동물 : 가축 세계에서 GM 식품의 한 예는 더 많은 유방 고기를 생산하기 위해 더 크고 빠르게 자라는 닭을 사육하는 것입니다. 이와 같은 재조합 DNA 기술 관행은 동물에게 발생할 수있는 고통과 불편 때문에 윤리적 문제를 제기합니다.
유전자 편집 : 유전자 편집 또는 게놈 편집의 예는 다음과 같습니다. 크리스프또는 주기적으로 간격을 둔 짧은 회문 회귀 반복. 이 과정은 박테리아가 바이러스로부터 자신을 방어하기 위해 사용하는 방법에서 "빌려온"것입니다. 표적 게놈의 상이한 부분의 고도로 표적화 된 유전자 변형을 포함한다.
CRISPR에서 리보 핵산 가이드 게놈의 표적 부위와 동일한 서열을 갖는 분자 (gRNA)는 숙주 세포에서 Cas9 라 불리는 엔도 뉴 클레아 제와 조합된다. gRNA는 표적 DNA 부위에 결합하여 Cas9를 함께 끌 것이다. 이러한 게놈 편집은 나쁜 유전자 (예를 들어 암을 유발하는 것과 관련된 변이체)의 "노크 아웃 (knock out)"을 야기 할 수 있고, 어떤 경우에는 나쁜 유전자가 바람직한 변이체로 대체되게한다.