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CRISPR Cas 9과 제한효소의 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요.질문해주신 것과 같이 CRISPR-Cas9과 제한효소는 모두 DNA를 절단할 수 있는 분자생물학적 도구입니다. 둘 다 원핵생물의 방어체계에서 유래했으며DNA를 특정한 위치에서 절단할 수 있기 때문에 분자생물학 실험에서 유전자 조작·클로닝 등에 사용됩니다. 하지만, 이 두 시스템은 작동 원리가 완전히 다르기 때문에 용도와 응용 범위도 크게 다릅니다.근본적인 차이: 단백질이 표적을 인식하느냐, RNA가 표적을 인식하느냐인데요 제한효소는 단백질 단독으로 특정 염기서열을 직접 인식합니다. 보통 4–8 bp 정도의 고정된 서열만 절단합니다. 예를 들어서 EcoRI은 GAATTC만 절단, HindIII는 AAGCTT만 절단하며 이처럼 인식 서열이 고정되어 있기 때문에, 원하는 아무 위치나 자를 수 없습니다.반면에 CRISPR-Cas9의 경우 표적 인식은 RNA(gRNA)가 담당하고, 절단은 Cas9 단백질이 담당합니다. 따라서 gRNA 서열만 바꾸면 유전체 어디든 원하는 위치를 절단할 수 있고 인식 서열 길이도 약 20 bp로 길어 정밀성이 매우 높습니다.절단방식에도 차이가 있는데요 제한효소는 특정 서열에서 항상 같은 형태로 절단합니다. 대부분 짧은 염기서열을 인식하며 절단 결과는 staggered ends(점착성 말단) 또는 blunt ends(평활 말단)로 일정합니다.반면에 CRISPR-Cas9의 Cas9은 gRNA가 안내한 위치에서 이중가닥을 절단합니다. PAM 서열(NGG 등)만 근처에 있으면 거의 어떤 DNA 서열도 절단 가능하고 절단 후의 DNA 수선 과정(NHEJ·HDR)을 이용해 유전자 제거·삽입·교정이 가능합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
4일 전
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CRISPR Cas 9이 유전자치료에 이용될 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 CRISPR-Cas9은 원래 박테리아의 면역 시스템인데요, 박테리아는 바이러스가 침입하면, 그 바이러스 DNA의 일부를 잘라 CRISPR 배열에 넣어 둡니다.그리고 나중에 같은 바이러스가 다시 침입하면, 저장해 두었던 정보로 만든 guide RNA(gRNA)를 이용해 Cas9 효소가 정확히 그 바이러스 DNA를 찾아 절단합니다. 이때 핵심 기능은 두 가지인데요 특정 서열을 인식하는 가이드 RNA와 그 위치를 자르는 Cas9 절단 효소입니다.우리 세포의 DNA는 매우 길고 복잡해서, 특정 유전자의 특정 염기만 바꾸는 것은 매우 어려운데요 하지만 Cas9 + gRNA에서 가이드 RNA를 바꾸면 표적 위치를 자유롭게 선택할 수 있고, gRNA는 20염기 정도의 서열로 표적 DNA를 인식합니다. 즉, gRNA 서열만 바꿔주면 Cas9을 원하는 유전자 위치로 정확하게 유도할 수 있습니다.이후 Cas9은 도착한 위치에서 DNA 이중가닥을 정확하게 절단하며 절단된 DNA는 세포 스스로 갖고 있는 DNA 수선 시스템에 의해 다시 이어지는데, 이 과정에서 연구자가 원하는 방식으로 돌연변이 유도, 정상 서열 삽입, 결함 서열 제거 등을 유도할 수 있습니다.즉 CRISPR-Cas9은 유전체를 정확하게 자르고, 세포의 복구 기작을 유도해 원하는 변화를 만드는 시스템입니다. 이 특성을 이용해 문제를 일으키는 유전자를 비활성화시키고 싶을 때 사용할 수 있습니다.Cas9으로 유전자를 절단하면, 세포는 빠르게 이어 붙이지만 오류가 자주 발생하여 해당 유전자가 불활성화됩니다. 예를 들어서 암 세포에서 특정 성장 관련 유전자 제거, HIV 감염 세포에서 바이러스 DNA 절단 등이 있습니다. 또는유전질환처럼 특정 유전자에 이상이 있을 때에는, Cas9이 절단한 틈에정상 DNA 조각을 제공하면 세포는 이를 템플릿으로 사용하여 유전자를 정확하게 교정합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
4일 전
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자연사박물관 동물모형이 어떻게 만들어지나요?
안녕하세요.자연사박물관에서 보신 동물 전시물은 실제 박제와 모형이 섞여 있는 경우가 많으며 서대문자연사박물관도 그렇고, 대부분의 박물관이 같은 방식을 사용합니다. 진짜 동물 가죽으로 만든 ‘박제’는 실제로 죽은 동물의 피부·털·깃털·뼈 등을 보존해서 원래 모습과 비슷하게 만드는 방식입니다. 내부는 비워서 가벼운 구조물로 지지하며 형태를 잡습니다. 자연에 있었던 생물을 가장 사실적으로 보여 줄 수 있다는 장점이 있습니다. 다음으로 완전히 인공적으로 만든 ‘모형’은 공룡, 멸종 동물, 또는 박제가 어렵거나 너무 큰 동물의 경우 수지(레진), 실리콘, 점토, 섬유유리(FRP) 등을 이용해 전문가가 조형합니다. 실제 동물의 뼈 자료, 사진, 영상, 3D 스캔 데이터를 참고해 아주 정밀하게 만듭니다.박물관은 동물이 죽기를 기다려서 가져오는 것이 아니라, 엄격한 절차와 법을 따르는데요, 산이나 해변에서 발견된 ‘자연사 개체’를 환경청·지자체가 회수해서 박물관으로 전달합니다. 또는 야생동물 구조센터에서 치료 중 사망하거나 회복 불가 판정을 받은 동물을 과학·교육 목적으로 제공하는 경우가 있습니다. 사육 중 자연사한 동물원이 박물관에 기증하거나, 개인이 오래 보관하던 표본을 국가에 기증하기도 합니다. 모두 허가 절차가 필요하며, 멸종위기종은 특히 엄격하게 규제됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
4일 전
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신경전달물질은 무극성과 극성으로 나뉘나요?
안녕하세요.질문해주신 것과 같이 신경전달물질을 극성 분자와 무극성 분자로 나누는 방식은 생화학이나 신경과학에서 사용하는 공식적인 분류 체계가 아닙니다.일반적으로 신경전달물질은 화학적 구조에 따라 아미노산 계열, 아민 계열, 펩타이드 계열, 가스형, 지질형 등으로 나누며, 기능적으로는 흥분성·억제성 또는 신경조절성으로 구분합니다. 이러한 분류에서 극성 여부는 사용되지 않습니다.실제로 대부분의 신경전달물질은 물이 많은 시냅스 환경에서 잘 작동해야 하므로 아민기나 하이드록실기, 카복실기처럼 물과 상호작용하는 작용기를 가지고 있어 기본적으로 높은 극성을 띱니다. 아세틸콜린, 도파민, 세로토닌, 글루탐산, GABA 등이 모두 이에 해당하며, 무극성에 가까운 고전적 신경전달물질은 거의 존재하지 않습니다.다만 예외적으로 엔도카나비노이드처럼 지질에서 유래한 신경전달물질은 비교적 비극성 성질을 가져 세포막을 쉽게 통과할 수 있습니다. 그러나 이것이 ‘무극성 신경전달물질’이라는 별도의 정식 분류를 의미하는 것은 아니며, 단지 작용 방식의 특성을 설명하기 위한 보조적 개념일 뿐입니다. 따라서 신경전달물질을 극성·무극성으로 구분하는 블로그의 설명은 과학적 단순화에 가깝고, 실제 학계에서는 이러한 구분을 사용하지 않는다고 이해하시면 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
4일 전
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신경전달물질은 무극성과 극성으로 나뉘나요?
안녕하세요.신경전달물질을 극성 분자냐, 무극성 분자냐로 분류하는 방식은 정식 생화학, 신경과학 분야에서 쓰는 표준 분류가 아닙니다.신경전달물질은 일반적으로 화학적 구조 기반으로 아미노산 계열: 글루탐산, GABA, 글라이신 / 아민 계열: 도파민, 세로토닌, 노르에피네프린 / 펩타이드 계열: 엔케팔린, 서브스턴스 P / 가스형: NO(일산화질소) / 지질형: 엔도카나비노이드으로 나뉩니다.다만 신경전달물질 대부분은 ‘극성’ 분자입니다 대부분의 신경전달물질은 수용체에 결합해야 하고, 시냅스에서 물에 잘 녹아야 하는데요 시냅스는 수성 환경이므로, 신경전달물질은 대체로 극성을 가져야 정상적으로 작동할 수 있습니다. 예를 들어, 아세틸콜린은 하전된 콜린기 포함 하기 때문에 극성이 강하며 도파민, 세로토닌은 여러 하이드록실기/아민기를 포함하여 극성을 나타냅니다. 즉, 신경전달물질 중 무극성 분자는 거의 없습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
4일 전
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밤에 잘때 불을 끄고 자는 것이 좋다고 하는데 과학적인 증거가 뭔가요??
안녕하세요.밤에 불을 끄고 자는 것이 좋다고 알려진 이유는 단순한 생활 습관이 아니라, 실제로 인체의 생리 리듬, 호르몬, 뇌 기능에 직접적인 영향을 주기 때문입니다.사람의 뇌는 밤에 어두워지면 송과체에서 멜라토닌이라는 수면 호르몬을 분비하는데요 이 호르몬은 졸음을 유도하고 숙면을 돕는 역할을 하는데, 빛이 조금이라도 들어오면 분비량이 줄어들거나 지연됩니다. 특히 청색광은 멜라토닌 억제력이 가장 강하며, 검은색에 가까운 어둠에서 멜라토닌이 가장 온전히 분비되는 것이 확인되었습니다.또한 우리 몸의 24시간 생체 시계는 시신경을 통해 들어오는 빛 정보를 이용해 지금 낮인지, 밤인지를 판단하는데요, 연구에 따르면 10 lux 이하의 아주 약한 조명, 예를 들어서 스마트폰 화면 밝기의 약 1/10 수준조차 생체 시계를 미세하게 늦추거나 깨뜨릴 수 있습니다. 이렇게 되면 아침에 깨기 어렵고, 밤에 잠들기 힘들며, 피로감이 지속되는 등 리듬이 흐트러집니다.또한 깊은 수면은 뇌세포 청소, 기억 정리, 피로 회복에 중요한 단계인데, 주변 빛이 있으면 이 단계에 진입하는 시간이 줄어듭니다. 즉, 자는 시간 자체는 충분하지만 질 좋은 수면이 되지 않는 문제가 생깁니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
4일 전
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플라나리아의 재생에 관해서 질문합니다
안녕하세요.질문해주신 플라나리아는 몸에 분포한 다량의 줄기세포를 이용해 머리, 신경절, 소화기관 등 거의 모든 조직을 재생할 수 있는 동물로, 몸을 여러 조각으로 나누면 각 조각이 새로운 개체로 완성될 정도로 높은 재생 능력을 보이는 생물체입니다.이때 플라나리아의 기억이 어떻게 되는가에 대한 연구가 과거에 여러 차례 있었는데, 결론적으로는 잘린 조각 모두가 원래의 기억을 그대로 공유한다고 보기는 어렵습니다. 플라나리아의 학습 기억은 주로 머리 부위의 신경절과 신경망에 저장되는 것으로 알려져 있으며, 몸통이나 꼬리 부분에는 기억 회로가 충분히 존재하지 않는 것으로 이해되고 있습니다.실제로 일부 실험에서는 학습된 행동을 가진 플라나리아를 머리 부분과 분리하여 재생시키면, 머리가 남아 있는 조각은 어느 정도 기존 학습을 유지하는 경향이 있지만, 머리가 없던 부분에서 새로 형성된 신경계는 학습을 다시 획득해야 하는 것처럼 보이는 결과들이 보고되었습니다. 과거에는 몸 전체에 기억 흔적이 남아 있어 재생된 플라나리아도 기억을 공유한다는 논쟁적인 결과도 있었지만, 이후 연구들은 이러한 결과가 실험 설계 문제나 과장된 해석일 가능성이 높다고 결론짓고 있습니다.따라서 현재의 과학적 견해는 플라나리아가 재생을 통해 새로운 머리와 신경계를 만든 경우, 원래 개체의 기억이 그대로 복제되어 여러 개체에 분산되는 현상은 일어나지 않는다는 쪽에 가깝습니다. 다만 플라나리아는 학습 능력과 재생이라는 독특한 특성을 동시에 가진 동물이므로, 기억 저장 방식이 일반적인 동물과 완전히 동일하다고 단정할 수는 없으며, 이를 밝히기 위한 연구가 계속 진행되고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
5일 전
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곤충도 고통을 느끼나요 왠지 못느낄거 같이 보이긴 하는데
안녕하세요.곤충은 인간이나 포유류처럼 복잡한 대뇌 피질을 갖고 있지 않기 때문에, 인간이 말하는 의식적인 고통이나 극심한 고통의 정서적 경험을 동일하게 느끼지는 않는 것으로 이해되고 있습니다. 다만 곤충은 생존을 위해 해로운 자극을 감지하는 통각 체계를 분명히 가지고 있어, 뜨거움이나 압력,조직 손상 같은 자극을 감지하면 도망치거나 회피하는 행동을 보입니다. 이러한 반응은 신경 회로가 자동적으로 작동한 결과로 해석되며, 고등 동물에서 나타나는 괴롭다, 아프다와 같은 감정적이거나 주관적 고통 경험과는 구별됩니다. 최근 연구에서는 일부 곤충에서 학습, 기억, 스트레스 반응 등 비교적 복잡한 행동이 관찰되어 단순한 기계적 반사는 아니라는 의견도 제시되고 있으나, 여전히 이들이 인간이나 다른 척추동물처럼 고통을 정신적으로 느낀다고 확정하기에는 근거가 충분하지 않습니다. 따라서 현재 과학계는 곤충이 유해 자극을 감지해 회피하는 능력은 명확히 갖고 있지만, 이를 인간과 같은 수준의 고통 경험과 동일시하기는 어렵다는 쪽에 무게를 두고 있습니다. 다만 종에 따라 신경계 구조와 행동이 다양하므로, 윤리적 연구에서는 가능한 한 불필요한 자극을 줄이려는 방향이 권장되고는 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
5일 전
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전사 시에는 RNA 중합효소만 있으면 되는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.RNA 전사 과정에서는 DNA 복제와 달리 RNA 중합효소 자체가 이중가닥 DNA를 열고 주형 가닥을 읽을 수 있는 구조적, 효소적 능력을 함께 가지고 있기 때문에, 별도의 헬리카아제나 SSB 단백질과 같은 보조 효소가 필수적으로 요구되지 않습니다.RNA 중합효소는 DNA에 결합하는 순간부터 특정 부위를 비틀어 국소적으로 이중나선을 분리하고, 약 12~14염기 정도의 작은 전사 버블을 스스로 유지할 수 있습니다. 이 정도의 열림이면 RNA 합성이 충분히 진행되므로 DNA 복제처럼 대규모의 지속적 개방이 필요하지 않습니다. 또한 전사는 DNA 한 가닥만을 읽어 짧은 구간에서 RNA를 합성하기 때문에, 두 가닥이 계속해서 노출되지 않아도 되고, 이를 보호하기 위한 SSB 단백질도 요구되지 않습니다.반면 DNA 복제는 게놈 전체를 정확히 복제해야 하므로 매우 긴 범위의 이중가닥을 지속적으로 풀어야 하고, 두 가닥이 동시에 주형으로 사용되기 때문에 안정한 단일가닥 상태를 유지할 필요가 있어 여러 보조 단백질이 필요합니다. 특히 복제는 빠른 속도로 진행되므로 헬리카아제가 지속적이고 강력하게 DNA를 풀어줘야 하고, 노출된 단일가닥 DNA는 쉽게 재결합하거나 분해될 위험이 있어 SSB 단백질이 이를 안정화해야 할 필요가 있습니다.이와 달리 전사는 비교적 느리게 진행되며, 필요한 부분만 선택적으로 열리고 닫히므로 RNA 중합효소의 기본 기능만으로도 충분히 이중나선을 부분적으로 열어 주형을 읽고 RNA를 합성할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.28
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메신저 RNA가 리보솜에 결합할 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. mRNA가 리보솜에 결합하는 것은 특정 염기서열 인식과 구조적 상보성 때문인데요, 번역의 시작은 단순히 RNA가 리보솜에 붙는 것이 아니라, 리보솜 소단위체가 특정한 RNA 서열을 선택적으로 인식할 수 있는 구조와 전하 특성을 갖고 있기 때문입니다.즉, 리보솜은 아무 RNA나 붙는 것이 아니라 번역 개시 신호를 포함한 mRNA를 화학적, 입체적으로 인식하여 결합합니다.원핵세포와 진핵세포는 결합 원리가 다른데요 원핵세포는 샤인–달가노 서열에 의해 결합하며 원핵생물의 mRNA는 번역 시작코돈(AUG) 앞에 AGGAGG 형태의 Shine–Dalgarno(SD) 서열을 가지고 있습니다. 리보솜 30S 소단위체의 16S rRNA 말단부에는 이 SD 서열과 상보적인 염기서열이 존재합니다. 두 서열이 상보적으로 짝을 이루며 직접 결합하며 mRNA가 리보솜 소단위체에 정확한 위치로 고정되고 시작코돈이 P자리에 정확히 정렬되면서 번역이 시작됩니다. 즉, RNA끼리의 상보적 결합이 리보솜 결합의 핵심입니다.진핵세포에서는 5’ cap 인식에 의해 결합하는데요, 진핵 mRNA는 앞쪽에 7-methylguanosine cap(5’ cap)을 가지고 있습니다. 이 캡 구조는 리보솜이 직접 읽는 것이 아니라 먼저 eIF4F 복합체(특히 eIF4E)가 인식합니다. eIF4E가 5’ cap에 특이적으로 결합하며 eIF4G, eIF4A 등이 결합하며 개시 복합체 형성하고, 이 복합체가 40S 리보솜 소단위체를 불러오며 리보솜이 5’→3’ 방향으로 이동하며 처음 만나는 AUG에서 번역 개시합니다. 즉 결합 원리는 SD 서열처럼 염기 상보성이 아니라,특정 화학적 구조(5’ cap)를 인식하는 단백질–RNA 상호작용입니다.마지막으로 리보솜 자체의 구조적 특징도 결합을 가능하게 하는데요, 리보솜의 rRNA와 단백질은 mRNA가 지나가는 mRNA 결합 홈을 형성하고 있어 음전하를 띤 RNA가 안정적으로 놓일 수 있도록 전기적, 입체적 환경을 제공합니다. rRNA는 양전하를 띠는 아미노산 잔기(리신, 아르기닌 등)를 많이 포함하고 있기 때문에 음전하의 mRNA와 전기적 인력 형성합니다. 이때 입체 구조가 mRNA가 한 가닥 형태로 지나가도록 최적화합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.28
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