PCR 결과 플라스미드 DNA 유무의 차이?
식물에서 DNA를 추출하여 전기영동을 통해 검증하는 실험을 했었는데요, 맨 위는 샘플이고 나머지는 추출한 DNA입니다.
보시다시피 샘플을 제외한 나머지 시료들은 PCR 결과가 연속적으로 이어지는 반면, 샘플에서는 끊어지는 형태(?)로 나타나는 것을 볼 수 있었습니다.
이러한 차이가 생기는 원인이 Plasmid DNA의 유무에 있다고 대략적인 설명을 들었는데,
어째서 이와 같은 차이가 생기고 Plasmid DNA가 정확히 무엇인지 궁금합니다.
스스로 알아보고 싶었지만, 고등학생이 혼자 알아보기엔 너무 어려웠습니다…ㅠ
플라스미드 DNA의 유무가 결과에 차이를 만드는 이유는 플라스미드의 특성 때문입니다. 플라스미드 DNA는 원형의 작은 DNA 분자로, 주로 박테리아 같은 원핵생물에서 발견됩니다. 이 DNA는 독립적으로 복제가 가능하며, PCR 반응 중 특정 유전자를 효율적으로 증폭시킬 수 있기 때문에, 결과적으로 밴드가 더 선명하고 일관적으로 나타납니다. 반면, 플라스미드 DNA가 없는 경우 크로모솜 DNA 같은 더 크고 복잡한 DNA가 포함되어 있을 수 있으며, 이는 PCR 동안 특정 부위의 증폭이 불규칙하게 일어나 결과에서 끊어지는 형태로 나타날 수 있습니다. 따라서 플라스미드 DNA의 존재는 PCR 증폭의 일관성과 효율성을 높이는 중요한 요소가 됩니다. 이러한 이해는 DNA의 유형과 구조가 실험 결과에 미치는 영향을 파악하는 데 도움을 주며, 실험의 정확성을 향상시키는 데 기여합니다.
식물에서 추출한 DNA를 사용하였다고 하셨는데 정확한 실험 방법을 알아야 정확한 답을 드릴 수 있을 것 같습니다.
제한효소를 사용하였는지, 아래쪽 샘플들이 무엇인지 등..
플라스미드는 주로 세균의 세포에 들어있는 고리형의 유전물질입니다.
세균의 염색사 외에 추가적으로 들어있는 유전자로
세균의 세포분열과는 별개로 더 증식할 수 있습니다.
세균 세포 하나에 여러개의 플라스미드가 존재할 수 있고,
세균의 생존에 필수적이지는 않지만 환경적으로 유리한 형질을 발현하거나,
원래 세균이 만들수 없던 물질을 만들 수 있게 합니다.
플라스미드의 경우 복제되고, 다른 세균에게 전달될 수 있습니다.
그래서 플라스미드에 의해 나타난 어떤 세균의 특별한 형질이, 주변의 다른 세균(같은 종의)들에게 전달되어 해당 세균들에게도 형질이 나타날 수 있습니다.
이런 플라스미드의 특징을 이용해서, 플라스미드에 유전자 편집기술로 특정한 유전자를 삽입해서, 세균에게 주입한 후
우리가 필요한 물질을 생산하도록 할 수 있습니다.
예시로 인슐린을 분비하는 대장균을 들 수 있습니다.
플라스미드는 기본적으로 닫힌 고리형이지만, 꼬이는 힘이 작용해서 대부분 꼬여있는 상태입니다.(꽈배기처럼)
그리고 이중나선 중 한 쪽이 끊어진 경우에는 꼬이는 힘이 사라져 풀리게되고 고리형 상태가 됩니다.
또 이중나선의 두가닥이 모두 끊어지면 선형으로 존재합니다.(주로 제한효소를 사용한 경우에 많이 나타남)
제일 위쪽 시료는 전기영동했을 때 해당 위치의 유전자 길이를 알게해주는 마커로 보입니다.
마커 시료에는 정해진 여러 길이의 DNA가 들어있고 DNA길이에 따라 전기영동 되는 거리가 정해져 있으므로 여러개의 띠가 나타납니다. 해당 띠의 위치와 나머지 샘플들의 띠의 위치를 비교해서 나머지 샘플의 유전물질 길이를 알 수 있습니다.
그리고 아래쪽의 시료들은 PCR하고 전기영동의 결과가 연속적으로 나왔다고 하셨는데요.
전기영동의 밴드가 끌리는 것으로 나오는 것은 플라스미드를 전기영동한 특징과는 크게 관련이 없습니다.
저렇게 끌리는 형태로 나타나는 것은 gel 농도를 잘못 썼거나, 전압을 너무 세게 걸어준 것의 영향일 수 있습니다.
하지만 마커는 제대로 나왔기 때문에 해당 문제는 아닌 것 같습니다.
DNA 추출 때 외부에서 가해진 물리적인 힘 등에 의해서 DNA가 많이 손상될 경우에도 나타날 수 있고,
PCR할 때 증폭을 너무 많이 해도 나타날 수 있습니다.
자세히 보시면 특정 부위가 더 밝은 것을 볼 수 있습니다.
해당 부분이 원래 측정하려던 밴드가 나오는 위치라고 생각됩니다.
플라스미드를 전기영동 할 경우에는 주로 3개의 밴드가 나타납니다.
앞서 설명드린 플라스미드의 존재 형태 때문인데요.
풀린 고리형, 선형, 꼬인형태 3종류인데,
꼬인 형태가 가장 멀리, 다음이 선형, 다음이 풀린 고리형 순서로 나타납니다.
이는 꼬인 형태가 부피를 가장 적게 차지하여 겔을 잘 지나갈 수 있기 때문이고, 풀린 고리형은 부피가 커져서 겔에 저항을 많이 받아 멀리 나가지 못하기 때문입니다.
제시된 전기영동 사진에서 보이는 차이는 플라스미드 DNA의 유무에 기인합니다. 플라스미드 DNA는 세포 내에서 염색체 DNA와는 별개로 존재하는 작고 원형의 DNA 분자입니다. 이는 박테리아와 일부 진핵생물에서 발견되며, 종종 유전자 클로닝 등의 생명공학 연구에 활용됩니다. 사진의 맨 위 샘플에서 보이는 띠(band)의 패턴은 플라스미드 DNA의 존재를 시사합니다. 플라스미드는 크기가 작고 밀도가 높아 전기영동 상에서 더 빠르게 이동하며, 슈퍼코일(supercoiled) 구조로 인해 연속적인 밴드 대신 띄엄띄엄한 패턴을 나타냅니다. 반면, 하단의 시료들은 분절된 형태의 선형 염색체 DNA로, PCR 증폭 산물처럼 연속적인 밴드 패턴을 보입니다. 이러한 차이를 통해 플라스미드 DNA의 유무를 확인할 수 있으며, 이는 유전자 클로닝이나 형질전환 실험의 성공 여부를 가늠하는 중요한 지표가 됩니다.
우선 DNA를 추출하여 아가로오스겔에서 전기영동했을 때 끌리는 패턴의 band가 나타나는 이유는 1. DNA 양이 많거나, 2. DNA가 깨졌거나, 3. 플라스미드 DNA도 밴드에 함께 나온 경우를 생각해볼 수 있습니다. 플라스미드 DNA란 세포 내에 존재하는 염색체 이외에 독립적으로 존재하는 원형의 DNA를 의미하는데요 세균이나 식물의 경우 이 플라스미드를 갖고 있는 경우가 있습니다.