[생명공학 실험] 유전자 운반체, 벡터(Vector)란?
안녕하세요. 끄적이는 생명시간입니다:)
오늘은 분자생물학 실험에서 많이 사용되는 클로닝(Cloning)에 대해 알아보는 시간을 가져볼까 합니다.
자, 본격적으로 시작해 보도록 하겠습니다.
*끄적이는 생명시간의 '제약, 바이오 용어 끄적이기', '생명 공학 실험 끄적이기'는 PC버전을 기준으로 작성되었습니다.*
벡터 (Vector)란?
벡터란 발현하고자 하는 DNA 절편을 운반하는 유전자 운반체입니다. 벡터로 인하여 발현 세포에서 수많은 타깃 유전자가 복제되고, 이렇게 복제된 DNA를 우리가 이용할 수 있게 되는 것입니다.
Vector는 발현 세포에서 복제 가능하고, 추출하는 과정에서 손상되지 않아야 합니다. 일반적으로 실험실이나 기업연구소에서는 이러한 조건을 충족하는 플라스미드(Plasmid)와 박테리오파지 (Bacteriophage) 염색체를 이용합니다.
각각의 특징에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
플라스미드 (Plasmid)
플라스미드는 원형의 DNA로 박테리아 세포에 존재하는 유전체입니다. 플라스미드는 항생제 저항성 유전자(antibiotic resistance genes)를 가지고 있기 때문에, 연구실에서 주로 사용되는 벡터입니다. 항생제 저항성 유전자로 인해서 재조합된 플라스미드를 가지고 있는 발현 세포를 분류할 수 있기 때문입니다.
위 그림으로 설명하면, A라고 하는 플라스미드는 암피실린(Ampicillin), 카나마이신(Kanamycin), 테트라사이클린(Tetracycline) 항생제에 저항성을 가집니다. 이 플라스미드가 삽입된 발현세포는 위의 항생제를 넣은 배양 배지에서 살아남을 수 있겠죠! 즉, A 플라스미드가 들어있지 않은 세포는 항생제가 들어있는 배지에서 죽기 때문에 선택적으로 플라스미드가 들어가있는 세포를 선별할 수 있는 것입니다. 이러한 특징이 아주 유리하게 작용하겠죠?
- 제약/바이오 업계에서 플라스미드의 활용
그렇다면, 플라스미드는 실질적으로 제약/바이오업계에서는 어떻게 이용할까요?
일반적으로, 학술적 연구와 상업적 연구를 중점으로 하는 곳에서 가장 많이 사용되는 방법입니다. 플라스미드의 가장 쉬운 장점은 발현하고자 하는 세포가 무엇이든 광범위하고 쉽게 사용할 수 있기 때문이죠! 발현시키고자 하는 유전자를 삽입 후 세포 내로 넣기만 하면 발현이 쉽게 되는 시스템이기 때문에 주로 사용하는 벡터입니다.
박테리오파지
박테리오파지는 박테리아를 감염시키는 바이러스입니다. 박테리오파지의 구조는 DNA를 포함하는 부분과 단백질로 이루어진 부분으로 구성되어 있는 아주 단순한 구조를 가지고 있습니다!
출처: Gene Cloning & DNA Analysis (6th edition) T.W.Brown
박테리오파지는 박테리아 세포를 감염시키는데, 그 과정은 다음과 같습니다.
박테리아 세포 표면에 결합한 후, 파지의 DNA를 유입시킵니다. 유입된 파지 DNA는 숙주세포의 효소 등을 이용해서 새로운 파지 구성물질들을 합성하고, 이들은 숙주 세포 내에서 조합된 후 숙주세포인 박테리아 세포를 터뜨려 밖으로 빠져나옵니다. 이렇게 나온 파지들은 또 다른 숙주 세포를 감염시켜 새로운 파지들을 계속해서 합성해나가죠! 따라서, 박테리오 파지의 DNA에 타깃 DNA를 삽입시켜 복제 DNA를 다량으로 생산할 수 있습니다.
출처: Gene Cloning & DNA Analysis (6th edition) T.W.Brown
- 제약/바이오에서 박테리오파지의 활용
박테리오파지는 유전자 라이브러리를 만들거나, 박테리아에 의해 발생한 질병을 타깃으로 하여 사용합니다. 박테리오파지를 이용하는 파지 테라피(Phage therapy)는 박테리아(균류)를 효과적으로 제거할 수 있고, 파지에 의해 파괴된 박테리아는 소생이 불가능하기 때문에 효과적입니다. 또한, 항생제를 사용하지 않고 세포를 파괴할 수 있기 때문에 항생제에 내성이 강한 박테리아를 제거하기 위해 매우 좋은 방법입니다. 이외에도 여러 가지 장점이 있지만, 실질적으로 주변에서 파지를 이용한 치료제나 약물이 드문 이유는 박테리아에 의한 감염성 질병에만 적용할 수 있고, 박테리아를 터뜨려 나올 때 박테리아 내부의 독성물질도 함께 빠져나와 해로운 영향을 미칠 수 있기 때문에 플라스미드를 이용하여 유전자 치료나 발현되는 단백질로 약물을 개발하는 것이 일반적입니다. 또한, 박테리오파지는 '바이러스'라는 인식이 강하다는 점도 널리 쓰이지 않는 이유 중 하나입니다.