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기억상실은공식인가
유전자변형작물(GMO)은 어떻게 다른 생물의 유전자를 갖게 되나요?
GMO 작물이 해충 저항성 유전자 같은 걸 갖도록 만들어진다고 배우는데, 서로 다른 종의 유전자를 어떻게 작물에 삽입시키는 건지 그 기술적 과정이 궁금합니다.
5개의 답변이 있어요!
유전자변형작물은 목적 유전자를 제한효소로 절단하여 플라스미드에 붙인 뒤 아그로박테리움 균주나 유전자 총을 통해 대상 작물 세포의 핵 속에 운반 삽입하여 완성합니다. 아그로박테리움법은 식물에 자연스럽게 유전자를 전달하는 세균의 특성을 활용하여 원하는 유전자를 작물 게놈 안으로 침투시키는 방식이며, 유전자 총법은 미세한 금속 입자에 목적 유전자를 코팅한 뒤 고압 가스로 식물 조직에 trực 접 쏘아 넣어 세포막을 뚫고 들어가게 만드는 기술입니다. 이렇게 외래 유전자가 전달된 식물 세포는 조직 배양 과정을 거쳐 하나의 완전한 개체로 재생되며, 이 작물이 자라면서 도입된 유전자의 정보에 따라 해충 독소 단백질 등을 스스로 합성하게 됩니다.
채택된 답변GMO는 원하는 특성을 가진 외래 유전자를 분리하여 작물의 세포 염색체 속에 물리적, 생물학적으로 넣어 재배육하여 만들어집니다.
먼저 세균 등에서 해충 저항성 단백질을 만드는 유전자 같은 목적 유전자를 분리하고 식물 세포 내 작동을 위해 스위치 역할을 하는 프로모터와 유전자를 연결한 후 운반체인 플라스미드 DNA에 결합시킵니다.
이렇게 만들어진 외래 유전자를 식물 세포 핵 내부의 염색체에 끼워 넣기 위해 크게 두 가지 방식을 사용합니다.
먼저 아그로박테리움(Agrobacterium)이라는 토양 세균을 이용하는 방식으로, 세균 내부의 병원성 유전자를 제거하고 그 자리에 목적 유전자를 대신 넣은 후 이 세균을 식물 조직과 함께 배양하면, 세균이 식물 세포벽을 뚫고 들어가 자신이 가진 유전자를 식물 염색체 속으로 자연스럽게 삽입시키게 됩니다.
두번째는 유전자총을 이용하는 방식으로 아그로박테리움 감염이 잘 되지 않는 외떡잎식물에 주로 사용하는 물리적 방식입니다.
하지만, 유전자가 성공적으로 들어간 세포는 약 1~5%에 불과하기 때문에 유전자가 잘 들어간 세포만을 선별한 뒤, 식물 호르몬이 첨가된 배지에서 조직배양 과정을 통해 선별하고 분화시켜 성체를 형성하여 완성하게 됩니다.
안녕하세요, 기억상실은공식인가님. 이중철 전문가입니다.
우선, 유전자변형작물(GMO)는 목적에 맞는 유전자를 선별한 뒤, 식물 세포 내부로 유전자를 전달하는 운반체나 물리적 방법을 활용하여 식물의 DNA에 외래 유전자를 정밀하게 삽입하는 생명공학 기술을 통해 만들어집니다.
토양 세균인 아그로박테리움의 유전자 전달 능력을 이용하거나 유전자 총 기술로 외래 유전자를 직접 침투시킨 후, 유전자가 삽입된 세포를 배양하여 완성된 작물로 복원하는 원리로 작동한답니다.
■ 유전자변형작물 제작을 위한 준비 및 유전자 확보 과정
GMO 작물을 만들기 위해서는 가장 먼저 해충 저항성이나 가뭄 견딤성 같은 원하는 특성을 가진 외래 유전자를 찾아내고 복제하는 과정이 필요해요. 예를 들어, 해충 저항성 옥수수인 Bt 옥수수를 만들 때, 과학자들은 토양 세균인 바실러스 튜링겐시스(Bt)에서 해충에게 독소로 작용하는 단백질을 만드는 유전자를 발견해 냅니다. 이 유전자를 세균에서 추출한 뒤, 식물 세포 내에서 정상적으로 작동하도록 돕는 프로모터(작동 스위치) 및 조절 부위를 연결하여 식물용 유전자 조합을 완성합니다. 이렇게 완성된 유전자를 수많은 식물 세포에 전달하기 위한 유전자 재조합 기동 작업을 거치게 되는 것이랍니다.
■ 아그로박테리움을 이용한 유전자 전달 기술
자연계에 존재하던 세균의 능력을 응용하여 식물 세포 안으로 유전자를 집어넣는 아그로박테리움법은 가장 널리 쓰이는 표준 기술이기도 한데요. 토양 미생물인 아그로박테리움 튜메파시엔스는 원래 자신의 플라스미드(원형 DNA) 일부분인 T-DNA를 식물 세포의 DNA 속으로 집어넣는 특수한 능력을 가지고 있습니다. 과학자들은 이 세균이 가진 병원성 유전자를 제거한 후, 그 자리에 우리가 원하는 해충 저항성 유전자를 잘라 붙입니다. 이후 식물 조직에 이 세균을 감염시키면, 세균이 식물 세포 안으로 침투하면서 자신이 가진 외래 유전자를 식물 고유의 DNA 가닥 사이에 정밀하게 분해 및 삽입해 넣게 되는 것이랍니다.
■ 유전자 총 기술을 활용한 직접 투입 기법
아그로박테리움이 잘 감염되지 않는 외떡잎식물(옥수수, 벼 등)의 경우에는 유전자 총(Gene Gun)이라 불리는 입자 포격 기술을 활용해요. 이 기술은 아주 작은 금이나 텅스텐 금속 입자 표면에 새로 넣고자 하는 외래 유전자 조각을 빼곡하게 코팅하는 방식으로 시작됩니다. 이렇게 코팅된 미세 금속 입자를 고압 가스나 전기 방전의 힘으로 단단한 식물 세포벽을 향해 분사하는데요. 금속 입자가 식물 세포벽과 세포막을 뚫고 들어가면서 내부에 코팅되어 있던 유전자가 떨어져 나가게 되고, 이 유전자가 식물 세포의 핵심 DNA 체계 안으로 자연스럽게 결합해 들어가도록 유도하는 원리인 것이랍니다.
■ 유전자 삽입 확인 및 조직배양을 통한 개체 복원
유전자가 식물 세포 안으로 성공적으로 들어갔다고 해서 끝나는 것이 아니며, 실제로 그 세포를 온전한 하나의 식물체로 재생시키는 과정이 진행되는데요. 유전자가 정상적으로 들어간 세포를 선별하기 위해 항생제 저항성 마커 등을 활용해 수많은 세포 중에서 유전자가 제대로 도입된 세포만 골라냅니다. 선별된 단일 세포는 식물 호르몬이 들어있는 특수 영양 매체 위에서 조직배양 과정을 거치게 된답니다. 배양기 안에서 세포가 줄기와 뿌리를 내리며 완전한 식물체로 자라나게 되며, 이 식물의 씨앗을 받으면 해충 저항성 유전자가 다음 세대로 지속해서 물려지면서 유전자변형작물이 완성되는 것이랍니다.
정리하자면,
유전자변형작물(GMO)은 세균 등에서 추출한 유용 유전자를 아그로박테리움이라는 운반체나 유전자 총 기술로 식물 세포의 DNA에 정밀하게 삽입한 뒤, 이를 선별하여 조직배양으로 완전한 식물로 키워냄으로써 다른 생물의 유전자를 갖게 되는 것이랍니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
GMO는 원하는 유전자를 다른 생물에서 분리한 뒤 식물 세포에 넣어 DNA에 삽입되도록 만드는 방식입니다. 대표적으로 아그로박테리움이나 유전자총을 이용하며, 삽입된 유전자가 식물 세포에서 발현되면 해충저항성 등의 새로운 형질이 나타납니다.
안녕하세요. 이조은 전문가입니다.
맞아요. 여기서 핵심은 “서로 다른 생물의 DNA를 통째로 섞는다”가 아니라, 원하는 기능을 하는 특정 유전자 부분을 골라서 식물 세포의 DNA에 넣는다는 겁니다.
대표적인 Bt 해충저항성 작물을 예로 들면 이해가 쉽습니다.
1. 먼저 원하는 유전자를 찾습니다
토양세균인 Bacillus thuringiensis(Bt)에는 특정 곤충의 장에서 독성을 나타내는 단백질을 만드는 유전자가 있습니다.
중요한 건 세균의 DNA 전체를 옮기는 게 아니라 그중 필요한 유전자만 골라낸다는 것입니다.
2. 그 유전자를 식물에서 작동하도록 준비합니다
세균에서 작동하던 유전자를 그냥 식물 세포에 던져 넣는다고 식물이 알아서 작동되지는 않습니다. 생물도 서로의 작동 설명서를 읽어주는 데 호환성 문제가 있습니다.
그래서 보통 유전자에 다음과 같은 조절 DNA 서열을 붙여줍니다.
프로모터: "여기부터 유전자를 읽어라"
목표 유전자: 해충 저항성 단백질을 만드는 정보
종결 서열: "여기까지 읽어라"
그리고 식물에서 제대로 발현되도록 유전자 서열을 조정하기도 합니다.
3. 식물 세포 안으로 넣습니다
대표적인 방법이 두 가지입니다.
① 아그로박테리움(Agrobacterium) 이용
토양세균인 아그로박테리움은 원래 식물 세포에 자기 DNA 일부를 전달하는 능력이 있습니다.
세균의 DNA 전달 시스템을 이용해서, 원하는 유전자로 교체한 다음 식물 세포에 전달합니다.
② 유전자총(gene gun)
DNA를 아주 작은 금속 입자 등에 붙여서 식물 세포에 물리적으로 전달하는 방법도 있습니다.
미세 입자를 세포에 전달하는 장치입니다.
4. 들어간 DNA가 식물 염색체에 자리 잡습니다
식물 세포 안으로 들어간 유전자가 염색체에 통합되면 그 세포가 분열하면서 해당 DNA를 계속 가지고 있게 됩니다.
그러면 이 세포를 적절한 배양 과정을 거쳐 하나의 완전한 식물로 재생시킵니다.
이 과정이 굉장히 중요합니다.
식물은 특정 세포에서 시작해서 조직, 뿌리, 줄기, 잎 그리고 완전한 식물로 재생시키는 것이 가능하기 때문입니다.
5. 제대로 들어간 식물을 골라냅니다
모든 세포에 유전자가 제대로 들어가는 것은 아닙니다. 그래서 연구 과정에서는 선별 표지(marker) 등을 이용해 원하는 유전자가 들어간 세포를 찾아냅니다.
그중 실제로 유전자가 제대로 들어갔는지, 원하는 위치와 형태로 존재하는지, 단백질이 제대로 만들어지는지, 실제로 해충 저항성이 나타나는지, 다른 특성에 문제가 없는지 등을 확인합니다.
그러면 최종적으로 어떻게 되는가?
예를 들어 Bt 유전자를 넣은 옥수수라면 대략 이런 구조입니다.
Bt 세균에서 해충 저항성 유전자 추출하고 식물에서 작동할 수 있도록 유전자 구성한 뒤 식물 세포에 전달합니다.
식물 염색체에 삽입하고 해충 저항성 유전자를 가진 세포 선별해서 식물로 재생하고 Bt 옥수수가 생산되는거죠.
그리고 이 옥수수가 자라면서 Bt 단백질을 만들어내고, 해당 단백질에 민감한 해충이 옥수수를 먹었을 때 장에서 작용해 해충을 죽이게 됩니다.
GMO = 다른 종의 유전자를 집어넣은 작물이라고 생각하기 쉬운데, 정확히는 그렇지 않습니다.
GMO는 훨씬 넓은 개념입니다.
예를 들어 같은 종 또는 가까운 생물의 유전자를 변형하거나, 특정 유전자를 제거하거나, 유전자의 발현을 조절하는 경우도 유전자변형 기술에 포함될 수 있습니다.
즉, 학교에서 배운 “다른 생물의 유전자를 작물에 넣는다”는 설명은 GMO의 한 유형을 아주 간단하게 압축한 것입니다.